裂隙水沙两相流试验与数值模拟研究
发布时间：2021-07-11 01:30
上覆厚风积沙煤层开采时,覆岩破坏会形成贯通裂隙,水、沙在裂隙中流动失稳常常引发突水溃沙事故。因此,裂隙中水沙两相流研究成为防治突水溃沙灾害的基础课题。本文针对水沙两相流体在裂隙中的渗流行为,设计了裂隙水沙渗透试验系统,测试了以水沙混合物为渗透介质在裂隙中的渗透性参量,分析了两相流体中沙的体积浓度和颗粒粒径对渗透性参量的影响。基于Euler-Lagrange方法建立了水相和沙粒相的控制方程,并利用ANSYS Fluent软件模拟了裂隙中水沙流动,得到了流场物理量的时空演化规律。讨论了两相流体中沙的体积浓度、颗粒粒径以及质量密度对裂隙水沙两相流场的影响。论文取得如下主要成果:（1）为测试水沙两相流体在裂隙中的流动行为,设计了一种用于研究平行单裂隙水沙渗流规律的渗透仪,将这种渗透仪与搅拌系统、水沙输运系统及控制台组合,成功研制了一套裂隙水沙渗透试验系统。（2）利用稳态渗透法进行了裂隙水沙渗透试验,得到了沙体积浓度和沙粒径对渗透性参量（等效流度和非Darcy流β因子）的影响规律。结果表明,在沙粒径分别为0.020.06 mm、0.060.010 mm...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
图 2-4 裂隙水沙流动试验系统Figure 2-4 Test system for water-sand permeabilty in fracture自行研制的渗透仪装置可用于模拟研究裂隙水沙两相流动，其功能是使试样保持一定的间距并固定，同时达到密封要求。渗透仪主要由上导流过渡板（1#）、高水材料（2#）、缸筒（3#）、下导流板（4#）、带锥面的底座（5#）、顶盖（6#）、O 型橡胶密封圈（8#）等组成图 2-5。导流过渡板中开有腰形通槽，通槽宽度为 12 mm，长度为 76 mm，图 2-6 和图 2-7。上导流过渡板（1#）的高度为 90 mm，下导流过渡板（4高度为 30 mm。水沙由上导流过渡板进入裂隙中，又经过下导流过渡板进座。底座设有水沙流出通道，利用锥面将直径由 80 mm 连续过渡到 30 mm图 2-8。
2 高水材料 3 缸筒 4 下导水过渡板 5 带锥面的裂隙试样 8 O 型橡胶密封圈 9 螺栓图 2-5 密封试样示意图Figure 2-5 Schematic diagram of sealed sample7R(6) 99h
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石裂隙中水沙渗透滞后性的试验研究[J]. 韩雨,陈占清,彭刚. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]页岩拉张型微裂缝几何特征描述及渗透率计算[J]. 曲冠政,曲占庆,HAZLETT Randy Dolye,FREED David,MUSTAFAYEV Rahman. 石油勘探与开发. 2016(01)
[3]高渗压条件下基于非达西流的裂隙岩体渗透特性研究[J]. 孟如真,胡少华,陈益峰,周创兵. 岩石力学与工程学报. 2014(09)
[4]考虑应力历史的岩石单裂隙渗流特性试验研究[J]. 杨金保,冯夏庭,潘鹏志. 岩土力学. 2013(06)
[5]卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析[J]. 严宏志,李新明,吴波,徐海良. 中南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]虚拟流体方法的显隐算法[J]. 丁岩,袁礼,杨莉. 计算物理. 2013(01)
[7]超声速旋流分离器内气液两相流流动特性[J]. 文闯,曹学文,杨燕,张静,杨涛. 中国石油大学学报(自然科学版). 2011(04)
[8]液固分布器的数值模拟和结构优化[J]. 王一平,周翠彦,朱丽,刘俊杰,邓林. 化工学报. 2007(05)
[9]岩体裂隙的分形研究[J]. 邢占利. 矿业快报. 2005(11)
[10]节理岩体表征单元体的分形几何研究[J]. 卢波,葛修润,朱冬林,陈剑平. 岩石力学与工程学报. 2005(08)
博士论文
[1]水沙混合物非Darcy裂隙渗流的试验研究[D]. 刘玉.中国矿业大学 2014
硕士论文
[1]岩石裂隙中水沙混合物渗流的滞后性试验研究[D]. 王志飞.中国矿业大学 2016
[2]基于离散元的裂隙岩体水沙渗流特性研究[D]. 邱艳勇.中国矿业大学 2015
[3]裂隙气液两相渗流特性试验研究[D]. 姜广辉.中国矿业大学 2014
[4]单裂隙中粗糙元及其疏密度对水流特性影响模拟研究[D]. 王潇.合肥工业大学 2014
[5]固—液两相磨粒流中对于颗粒碰撞结构化表面的研究[D]. 王嘉琦.浙江工业大学 2012
[6]后台阶及方形钝体绕流湍流场数值模拟及PIV实验研究[D]. 郝俪娟.哈尔滨工业大学 2012
[7]浆化搅拌槽的液固两相流及叶轮磨损特性的研究[D]. 李新明.中南大学 2012
[8]改良斜板沉淀池液固两相流模拟及分离性能实验研究[D]. 张宏媛.哈尔滨工业大学 2011
[9]轴流导叶式旋流分离器的研制[D]. 静玉晓.中国石油大学 2010
[10]错流涡旋式高效固液分离器的试验研究与流场的数值模拟[D]. 梁曦.合肥工业大学 2010
本文编号：3277055
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
图 2-4 裂隙水沙流动试验系统Figure 2-4 Test system for water-sand permeabilty in fracture自行研制的渗透仪装置可用于模拟研究裂隙水沙两相流动，其功能是使试样保持一定的间距并固定，同时达到密封要求。渗透仪主要由上导流过渡板（1#）、高水材料（2#）、缸筒（3#）、下导流板（4#）、带锥面的底座（5#）、顶盖（6#）、O 型橡胶密封圈（8#）等组成图 2-5。导流过渡板中开有腰形通槽，通槽宽度为 12 mm，长度为 76 mm，图 2-6 和图 2-7。上导流过渡板（1#）的高度为 90 mm，下导流过渡板（4高度为 30 mm。水沙由上导流过渡板进入裂隙中，又经过下导流过渡板进座。底座设有水沙流出通道，利用锥面将直径由 80 mm 连续过渡到 30 mm图 2-8。
2 高水材料 3 缸筒 4 下导水过渡板 5 带锥面的裂隙试样 8 O 型橡胶密封圈 9 螺栓图 2-5 密封试样示意图Figure 2-5 Schematic diagram of sealed sample7R(6) 99h
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石裂隙中水沙渗透滞后性的试验研究[J]. 韩雨,陈占清,彭刚. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]页岩拉张型微裂缝几何特征描述及渗透率计算[J]. 曲冠政,曲占庆,HAZLETT Randy Dolye,FREED David,MUSTAFAYEV Rahman. 石油勘探与开发. 2016(01)
[3]高渗压条件下基于非达西流的裂隙岩体渗透特性研究[J]. 孟如真,胡少华,陈益峰,周创兵. 岩石力学与工程学报. 2014(09)
[4]考虑应力历史的岩石单裂隙渗流特性试验研究[J]. 杨金保,冯夏庭,潘鹏志. 岩土力学. 2013(06)
[5]卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析[J]. 严宏志,李新明,吴波,徐海良. 中南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]虚拟流体方法的显隐算法[J]. 丁岩,袁礼,杨莉. 计算物理. 2013(01)
[7]超声速旋流分离器内气液两相流流动特性[J]. 文闯,曹学文,杨燕,张静,杨涛. 中国石油大学学报(自然科学版). 2011(04)
[8]液固分布器的数值模拟和结构优化[J]. 王一平,周翠彦,朱丽,刘俊杰,邓林. 化工学报. 2007(05)
[9]岩体裂隙的分形研究[J]. 邢占利. 矿业快报. 2005(11)
[10]节理岩体表征单元体的分形几何研究[J]. 卢波,葛修润,朱冬林,陈剑平. 岩石力学与工程学报. 2005(08)
博士论文
[1]水沙混合物非Darcy裂隙渗流的试验研究[D]. 刘玉.中国矿业大学 2014
硕士论文
[1]岩石裂隙中水沙混合物渗流的滞后性试验研究[D]. 王志飞.中国矿业大学 2016
[2]基于离散元的裂隙岩体水沙渗流特性研究[D]. 邱艳勇.中国矿业大学 2015
[3]裂隙气液两相渗流特性试验研究[D]. 姜广辉.中国矿业大学 2014
[4]单裂隙中粗糙元及其疏密度对水流特性影响模拟研究[D]. 王潇.合肥工业大学 2014
[5]固—液两相磨粒流中对于颗粒碰撞结构化表面的研究[D]. 王嘉琦.浙江工业大学 2012
[6]后台阶及方形钝体绕流湍流场数值模拟及PIV实验研究[D]. 郝俪娟.哈尔滨工业大学 2012
[7]浆化搅拌槽的液固两相流及叶轮磨损特性的研究[D]. 李新明.中南大学 2012
[8]改良斜板沉淀池液固两相流模拟及分离性能实验研究[D]. 张宏媛.哈尔滨工业大学 2011
[9]轴流导叶式旋流分离器的研制[D]. 静玉晓.中国石油大学 2010
[10]错流涡旋式高效固液分离器的试验研究与流场的数值模拟[D]. 梁曦.合肥工业大学 2010
本文编号：3277055
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