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不同应力下煤体钻孔试验及钻进能量响应研究

岩土力学 2023年第10期44卷 2899-2906页

作者：赵志刚张凯尹延春齐炎山山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

针对钻孔过程中煤体应力对钻进能量的影响问题,利用自制的恒钻压钻进试验装置开展煤岩钻孔试验,测定了钻进参数,研究了钻进能量与煤体应力的关系;利用钻屑参数计算了钻屑表面能,研究了煤体应力与表面能的关系,通过对比钻进能量和钻屑表... 详细信息

针对钻孔过程中煤体应力对钻进能量的影响问题,利用自制的恒钻压钻进试验装置开展煤岩钻孔试验,测定了钻进参数,研究了钻进能量与煤体应力的关系;利用钻屑参数计算了钻屑表面能,研究了煤体应力与表面能的关系,通过对比钻进能量和钻屑表面能,对钻孔过程中能量的转化进行了分析。研究结果表明:扭矩功在钻进能量中占比95%以上,钻进能量随煤体应力增加而增加,近似呈线性关系;钻屑量和钻屑表面能均随煤体应力增加而增加,钻进能量向钻屑表面能转化过程中存在8%~33%的能量损耗,损耗能量的形式主要是声能和钻头摩擦生热。

关键词：钻进能量钻屑表面能能量转化能量传递效率煤体应力

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基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标

岩土力学 2023年第4期44卷 1153-1164页

作者：闫长斌李高留陈健李严杨延栋杨风威杨继华郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001 中国铁建水下隧道工程实验室山东济南250101 中铁隧道局集团盾构及掘进技术国家重点实验室河南郑州450001 黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003

岩碴是岩-机作用的直接产物,也是评价隧道掘进机(TBM)破岩效率和优化TBM掘进参数的有效指标。依托兰州水源地建设工程和龙岩万安溪引水工程,开展不同岩性条件下TBM岩碴筛分试验,得到了岩碴粒径分布规律。基于新表面理论,从滚刀破岩能量... 详细信息

岩碴是岩-机作用的直接产物,也是评价隧道掘进机(TBM)破岩效率和优化TBM掘进参数的有效指标。依托兰州水源地建设工程和龙岩万安溪引水工程,开展不同岩性条件下TBM岩碴筛分试验,得到了岩碴粒径分布规律。基于新表面理论,从滚刀破岩能量转化角度出发,提出了一种新的TBM破岩效率评价指标。基于岩碴粒径分布规律和TBM掘进参数统计,探讨了新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数之间的关系,指出了新表面理论指标在反映岩碴破碎程度和评价TBM破岩效率方面的优势。对新表面理论指标与TBM掘进推力以及刀间距s与贯入度p的比值进行回归分析,得到了硬岩(围岩等级为Ⅱ级)和软岩(围岩等级为III级)掘进条件下的TBM最优掘进推力和s/p取值区间。研究表明:(1)新表面理论指标符合岩石破碎学原理,可准确评价TBM破岩效率。岩碴越是破碎,新表面理论指标越大,掘进能耗越高,此时TBM破岩效率相对较低。(2)新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数均具有良好的线性相关关系。岩碴越是破碎,破碎单位体积岩石的能量消耗越大,新表面理论指标越大,对应的粗糙度指数越小。软岩掘进条件下TBM掘进比能低于硬岩,而岩碴破碎程度高于硬岩。(3)新表面理论指标随着TBM掘进推力和s/p的增加先减小后增大,在硬岩和软岩条件下,当TBM最优掘进推力区间和s/p区间分别为7 400~7 700 kN、13.9~14.4和1 000~1 500 kN、8.0~8.5时,新表面理论指标较小,TBM破岩效率较高。

关键词：隧道掘进机(TBM) 岩碴能量转化新表面理论粗糙度指数比能掘进推力刀间距与贯入度的比值(s/p)

钛合金靶材颗粒冲蚀磨损及能量转化特性数值研究

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表面技术 2023年第8期52卷 151-160,207页

作者：侯燕芳蔡柳溪姚佳伟贺尧李云西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

目的解决钛合金材料固体颗粒磨损问题。方法采用显式动力学有限元分析手段,结合Johnson-cook材料模型和应变累积失效模型,对多颗粒连续冲击Ti-6Al-4V钛合金靶材的冲蚀特性和能量转化特性进行数值模拟。结果在颗粒以倾斜角度连续冲击靶材... 详细信息

目的解决钛合金材料固体颗粒磨损问题。方法采用显式动力学有限元分析手段,结合Johnson-cook材料模型和应变累积失效模型,对多颗粒连续冲击Ti-6Al-4V钛合金靶材的冲蚀特性和能量转化特性进行数值模拟。结果在颗粒以倾斜角度连续冲击靶材时,最大冲蚀应力呈现一定波动性。当颗粒在法向连续冲击时,靶材会快速进入稳定冲蚀阶段。在不同入射角度下,多颗粒连续冲击靶材的最大应力均位于靶材产生材料堆积的位置。在入射角90°和入射速度130 m/s下,当颗粒尺寸从50μm增至150μm时,最大冲击坑深度从3.124μm增至8.997μm。当颗粒尺寸超过100μm后,由于加工硬化机制的影响,后续颗粒冲击产生的应力比第1次冲击产生的应力降低了30%~60%。在冲角为30°下,当摩擦因数从0增至0.2时,颗粒动能损失增大了22.69%。随着入射角度的增加,摩擦因数对颗粒动能损失的影响逐渐减弱。结论从微观机制上解释了入射角度和颗粒粒径对多颗粒连续冲蚀行为的影响,明确了摩擦因数对颗粒冲蚀过程中能量转化特性的影响。

关键词：钛合金冲蚀磨损能量转化摩擦因数数值模拟

逆流条件下基于能量守恒的Taylor泡运移速度预测模型

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中国石油大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 60-71页

作者：娄文强王金堂贺艳祥张党生孙小辉孙宝江王志远中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油煤层气有限责任公司北京100028 中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司河北沧州062552 非常规油气开发教育部重点实验室(中国石油大学(华东)) 山东青岛266580

在逆流条件下分析Taylor气泡运移行为,考虑流体的特征本构方程提出管流流场及Taylor气泡周围速度场计算方法,基于速度场模型建立气泡各阻力的能量耗散模型。基于能量守恒分析提出统一的适用于不同流变类型的Taylor泡上升速度预测模型(模... 详细信息

在逆流条件下分析Taylor气泡运移行为,考虑流体的特征本构方程提出管流流场及Taylor气泡周围速度场计算方法,基于速度场模型建立气泡各阻力的能量耗散模型。基于能量守恒分析提出统一的适用于不同流变类型的Taylor泡上升速度预测模型(模型T),探究逆流条件下Taylor泡运移规律。结果表明:与公开试验数据对比,模型T对逆流条件下Taylor泡运移速度转折点的预测误差小于7.35%;随气泡体积增加,鼻端区域和尾流区域的能量耗散比例降低,液膜区的能量耗散比例增加;随气泡体积增加,屈服应力、惯性力和表面张力做功占比降低,黏性耗散占比增加;制约气泡上升速度增加的原因是气泡浮力做功增加的正功值被液膜区增加的能量耗散相抵消。

关键词：逆流流动 Taylor泡速度预测模型速度场能量转化

偏心圆柱绕流柱体运动特征及能量转化特性的研究

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工程力学 2023年第5期40卷 32-40页

作者：魏昊天崔启源王玉川谭磊西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 清华大学能源与动力工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

为研究偏心圆柱绕流柱体的运动特征及其转化海流能等低流速流体能量的特性,开展了偏心圆柱绕流试验研究,测量了角度摆动、扭矩变化规律,分析了偏心圆柱的运动特征、水动力学性能,以及偏心圆柱绕流摆动动力学系统的混沌特性,计算了平均... 详细信息

为研究偏心圆柱绕流柱体的运动特征及其转化海流能等低流速流体能量的特性,开展了偏心圆柱绕流试验研究,测量了角度摆动、扭矩变化规律,分析了偏心圆柱的运动特征、水动力学性能,以及偏心圆柱绕流摆动动力学系统的混沌特性,计算了平均输出功率与能量转化效率。结果表明:偏心圆柱绕流摆动需要一定的启动流速,来流雷诺数大于一定数值时,发生偏心圆柱的摆动频率锁定现象;偏心圆柱绕流转化流体能量的效率与阻尼呈线性正比关系,随来流雷诺数的增大而减小,最大转化效率可达37%。偏心圆柱绕流摆动系统为一弱混沌系统,其运动规律可近似由线性方程拟合。依据斯特劳哈尔相似准则和拟合的运动规律预测了原型偏心圆柱绕流的运动规律和能量转化效率。研究成果可为海流能开发利用装备的设计研发提供理论基础和试验依据。

关键词：海流能偏心圆柱绕流模型试验运动特征能量转化

胡麻岭隧道红层软岩的侧限与三轴压缩力学特性试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第4期53卷 1362-1370页

作者：吕龙龙廖红建伏映鹏夏龙飞西安交通大学土木工程系陕西西安710049 陕西省土地工程建设集团自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室陕西西安710075

通过对胡麻岭隧道红层软岩进行侧限与三轴压缩试验,系统地分析该类软岩的压缩特性、脆性及延性区的强度参数、扩容特性以及能量转化特征。在此基础上,引入帽子屈服面模型,探究脆−延转化压力P_(T)与名义先期固结压力P_(C)的关系。研究结... 详细信息

通过对胡麻岭隧道红层软岩进行侧限与三轴压缩试验,系统地分析该类软岩的压缩特性、脆性及延性区的强度参数、扩容特性以及能量转化特征。在此基础上,引入帽子屈服面模型,探究脆−延转化压力P_(T)与名义先期固结压力P_(C)的关系。研究结果表明:正常沉积岩的名义先期固结压力均大于岩石历史最大竖向有效应力;当脆、延性区试样处于峰值应力点时,对应的黏聚力均大于其处于残余应力点时对应的黏聚力,而处于峰值应力点时,试样的内摩擦角均比残余应力点时试样的内摩擦角小;当脆性区试样处于峰值与残余应力点时,对应的黏聚力均比延性区试样的小,但内摩擦角均比延性区试样的大;在不同围压下,试样均先发生压缩而后扩容,扩容起始点均发生在峰值应力点前;扩容起始点所对应的体积应变、试样吸收的单元总应变能U与单元耗散能U_(d)均随围压增大而增大;总应变能−轴应变关系曲线在残余应力点出现明显的转折,单元耗散能−轴应变关系曲线在峰值应力点与残余应力点处均出现明显的转折,且转折趋势会随围压的增加而逐渐淡化;在施加围压时,延性区试样已经进入弹塑性变形阶段,初始屈服面为闭合的帽子模型;P_(T)与P_(C)的关系与地质历史沉积环境、强度参数相关。

关键词：红层软岩名义先期固结压力能量转化脆−延转化

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基于设备互补特性的冷热电系统优化

太阳能学报 2023年第7期44卷 88-95页

作者：邓炎龚赞武立康姚尧郑梓敏刘益才中南大学能源科学与工程学院长沙410083 西安交通大学能源与动力学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

为提高能源系统综合性能,将地源热泵、光伏和光热等可再生能源集成于以原动机为核心的冷热电系统,并着重对系统设备的效率进行研究。基于设备能量互补特性,提出优化多个设备运行参数,分别是地源热泵供冷启动因子和供热启动因子以及原动... 详细信息

为提高能源系统综合性能,将地源热泵、光伏和光热等可再生能源集成于以原动机为核心的冷热电系统,并着重对系统设备的效率进行研究。基于设备能量互补特性,提出优化多个设备运行参数,分别是地源热泵供冷启动因子和供热启动因子以及原动机的启动因子来实现整个系统设备效率的提高。将控制多个设备的启动因子结合以电定热运行模式与传统以电定热运行模式进行对比分析,并以单独的地源热泵系统为参考系统,采用黑洞算法对系统进行优化。研究结果表明,与传统模式相比,控制多个启动因子模式系统具有更好的性能。与参考系统相比,耦合可再生能源的冷热电系统性能指标有了较大改善,特别是以启动因子模式运行(年能源节约率达到36.03%;年CO_(2)减排率达到53.24%;年总成本降低率达到36.85%;年综合性能达到42.04%)。

关键词：冷热电联供太阳能太阳能集热器光伏组件地热能能量转化

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蒸发驱动水伏发电中的热质传递

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第2期54卷 111-115页

作者：董桐宇贺楠王昊楠唐大伟李林大连理工大学能源与动力学院大连116024

蒸发驱动的水伏发电是一种新兴的能量转化技术.亲水多孔纳米材料被浸入水中时,水分子与之相互作用,在纳米通道内形成连续的水流,并携带与通道表面电性相反的离子定向移动,在通道两端形成电势差.然而,水伏发电较低的性能仍是该领域所面... 详细信息

蒸发驱动的水伏发电是一种新兴的能量转化技术.亲水多孔纳米材料被浸入水中时,水分子与之相互作用,在纳米通道内形成连续的水流,并携带与通道表面电性相反的离子定向移动,在通道两端形成电势差.然而,水伏发电较低的性能仍是该领域所面临的严峻挑战之一.本文分析了蒸发驱动的水伏发电技术的机理,并总结了提高蒸发驱动的水伏发电器件电学输出性能的策略,最后展望了该领域的挑战与前景.

关键词：水蒸发水伏发电效应热质传递能量转化

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如何科学防控与预警巨灾风险?

地球科学 2022年第10期47卷 3897-3899页

作者：崔鹏王姣王昊葛永刚中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所/山地灾害与地表重点实验室四川成都610041 中国-巴基斯坦地球科学研究中心中国科学院-巴基斯坦高等教育委员会巴基斯坦伊斯兰堡453203 中国科学院地理科学与资源研究所/陆地表层格局与模拟中科院重点实验室北京100101

1巨灾概念与特征巨灾(Catastrophe)一词源于法语(Roop⁃narine,2008),学术界至今仍没有统一其定义和划分标准.任何自然灾害都可表达为频率与规模的函数,巨灾为频率-规模曲线末端的低频极端事件,本文将位于灾害频率-规模曲线(全球尺度)中... 详细信息

1巨灾概念与特征巨灾(Catastrophe)一词源于法语(Roop⁃narine,2008),学术界至今仍没有统一其定义和划分标准.任何自然灾害都可表达为频率与规模的函数,巨灾为频率-规模曲线末端的低频极端事件,本文将位于灾害频率-规模曲线(全球尺度)中大于95%的端元,并造成1000亿美元以上的经济损失或1万以上人口死亡的灾害称为“巨灾”.巨灾是地球内、外动力驱动下多圈层(大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈、人类圈)相互作用所引发的地球表层灾变过程,涉及复杂的巨量地表物质迁移与能量转化,包含物理、化学、资源、环境、生物、地质、人文、社会等复杂过程及其相互作用与时空关联;具备典型的超低频率.

关键词：动力驱动时空关联地球表层人类圈大气圈极端事件能量转化灾害频率