摘要：为研究单胞形状和承载方向对蜂窝结构力学性能及失稳模式的影响,采用增材制造技术制备了不同蜂窝结构并进行了试验与动态仿真模拟。结果表明:蜂窝结构应力曲线呈四阶段变化趋势;单胞对角承载的六边形蜂窝结构拥有最高的平台应力以及总应变能密度;单胞的坍塌主要原因在于单胞的剪切变形,四边形蜂窝单胞在剪切变形同时胞壁发生严重的屈曲失稳;整体蜂窝结构的失稳模式为基于斜向或横向初始变形带的两类逐层坍塌模式;在大尺寸蜂窝结构仿真模拟中其防冲能力得到了评估,结构吸能值能达105 J,满足吸能防冲器要求。所得结论能为液压支架防冲吸能器的设计提供理论依据。

摘要：为了对CO2致裂器泄能头的参数设计提供优化方案,采用ANSYS-CFX对CO2致裂器的泄能头内部的流场进行数值模拟与仿真,分析了CO2致裂器的单孔泄能头在不同入口气体压力、扩张段长度、收缩断面直径下所受最大压力,建立了由25组数值模型构成的正交试验表。通过正交试验分析可得:在入口气体压力为290 MPa、扩张段长度为40 cm、收缩断面直径为0.073 m时,CO2致裂器泄能头所承受的压力最大,达到317.2 MPa。研究结果可为提高CO2致裂器使用的安全性提供理论支撑。

摘要：水力压裂是煤层增透和煤层气增产的关键技术。压裂过程中的渗流诱导应力对煤层分段压裂效果具有重要影响。建立分段压裂渗流诱导应力的理论模型,采用有限差分法进行煤层分段水力压裂数值模拟,探究压裂过程中应力场演化规律及渗流诱导应力的作用机制。设计正交试验,以水平主应力差作为指标进行方差分析,探究初始水平主应力差、泵注排量、分段间距对渗流诱导应力的影响程度和作用机制,并提出压裂优化方案。研究结果表明:注水初期会产生较大的渗流诱导应力,导致有效应力峰值下降,使后续起裂位置起裂压力增大,增加起裂难度;压裂过程中与压裂后的渗流诱导应力影响机制不同,压裂过程中泵注流量的影响滞后于分段间距滞后于原始水平主应力差,压裂后3个因素影响程度排序为:分段间距>泵注流量>原始水平主应力差。根据原始地应力差异,提出压裂优化措施:当原始主应力差较大时,可以适当降低分段间距,并增大泵注流量;当原始主应力差较小时,可以适当增大分段间距,并减小泵注流量,据此在保证无卸压盲区的同时可以达到较大的压裂范围。以上分析可以为压裂施工参数优化设计提供参考。

摘要：为了对有爆炸危险存在的工矿场所的沉积粉尘厚度进行实时在线监测,同时调研发现针对工矿场所的通风除尘管道沉积粉尘厚度检测国内外尚属空白的现状。首先提出了一种高精度的沉积粉尘厚度实时在线检测方法,其核心是将粉尘的沉积质量检测转化为沉积厚度检测,并通过理论研究推导出粉尘沉积质量-粉尘沉积厚度的数学关系式,据此进行信号处理设计完成了该种检测方法。再完成了实验管道选择、粉尘粒径筛选、实验环境条件准备以及由定量发尘器、静电除尘器、压气泵、除尘风硐、风速测定仪、电脑控制台和变频风机等组成的实验系统。基于此实验系统与实验准备,首先实验验证了粉尘沉积质量-粉尘沉积厚度数学关系式的正确性,同时进行了误差实验,验证了该种检测方法的分辨率达到0.01 mm,精度达到0.07 mm,证明了该方法对沉积粉尘厚度的检测效果。然后,对除尘管道内粉尘颗粒物的受力情况进行了理论分析和研究,发现随着粉尘颗粒的粒径增大,颗粒所受的重力、拖拽力、Basset力和Saffman力作用逐渐明显。最后,基于此颗粒受力分析理论和实验系统,利用该种检测方法对通风除尘管道内的粉尘在不同风速和不同粒径下的沉积规律进行了研究,表明:随着除尘风速和颗粒粒径的增大,粉尘沉积率呈指数型降低和升高。文末,对管道内粉尘颗粒的沉积行为进行了原因分析,并给出了对现场除尘风速的设计建议。

摘要：海洋深水油气钻完井过程中,井筒内流体流动是一个多组分、存在相变及流型转化的复杂四相流动过程。为了进一步揭示深水钻完井井筒多相流动规律,基于井筒四相流动理论,阐述了其在深水油气钻完井工程领域的应用进展;然后,针对该理论在深水钻完井某些特殊工况下存在的局限性,展望了井筒多相流动理论未来的发展趋势。研究结果表明:①深水钻完井井筒四相流动理论能够充分考虑深水井筒中的各种物理化学现象,可以实现对井筒瞬态温度、压力的精确刻画,进而为深水钻完井水力参数优化设计提供坚实的理论基础;②深水钻井井涌发生后,在泥线低温高压环境作用下,井筒内气相易生成天然气水合物(以下简称水合物)相变,从而改变井筒气体体积分数的分布特征;③在井底高温高压作用下,井筒酸性气气体存在着超临界相变,导致高含酸性气体的气侵具有“隐蔽性”;④深水气井测试过程中,井筒四相流动理论能够准确刻画井筒内水合物沉积、堵塞全过程,为深水气井测试过程中水合物的防治提供理论依据;⑤深水钻井井筒多相流动理论今后的发展趋势,将涉及井筒与深水特殊地层耦合作用机制、深海水合物钻井井筒多相流动理论及支撑深水钻井新技术的井筒多相流动理论的研究。

摘要：随着煤矿开采深度向千米级发展以及大采高特大采高技术的研发应用,大空间远场坚硬顶板问题突出,其结构失稳显著影响工作面矿压以及工作面临空侧巷道变形。地面钻井水力压裂是治理远场坚硬顶板的防治措施之一,但是水压裂缝形貌受地应力控制、形态单一,难以达到顶板“横切纵断”目标,限制了其弱化远场坚硬顶板的效能。因此,基于试验和理论分析开展了含径向水力割缝钻孔导向压裂形成“横切纵断”裂缝的研究,揭示了水力压裂裂缝和导向裂缝的竞争扩展规律,建立了基于Iwrin等效模型的割缝导向起裂扩展模型、钻孔裸眼起裂扩展模型以及钻孔割缝压裂裂缝起裂模式判定准则,探究了塑性区临界特征长度、割缝半径、钻孔半径、埋深对于裂缝起裂模式的影响。研究结果表明:含径向水力割缝钻孔导向压裂存在3种裂缝形貌:“横切”型单一主裂缝、“纵断”型单一主裂缝、“横切纵断”复合型裂缝网络;割缝塑性区特征长度和钻孔塑性区特征长度与流体压力均呈正相关关系,形成“横切纵断”复合型裂缝网络对应的塑性区临界特征长度随割缝半径的增大而增大,但是随钻孔半径的增大而减小;储层埋深对含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形貌存在显著影响,随着埋深增加,裂缝形貌逐渐由“横切”型单一主裂缝向“横切纵断”复合型裂缝网络和“纵断”型单一主裂缝演变。特定埋深下,可以通过设计调整钻孔半径和割缝半径以使得钻孔塑性区长度和割缝塑性区长度同时达到塑性区临界长度,形成“横切纵断”复合型裂缝模式。

摘要：为及时发现化工园区火灾事故,降低事故损失,利用卷积神经网络(CNN)建立化工园区火灾实时检测系统。基于CNN-YOLOv5算法训练化工园区火灾数据集和普通火灾数据集,分析对比2个数据集的损失值、召回率、精度和类别平均精度。其中,化工园区火灾数据集的损失值和召回率略低,但精度和类别平均精度高于普通火灾数据集,证明通过CNN检测化工园区火灾的可行性。结果表明:基于火灾检测结果,借助PyQt5程序框架设计化工园区火焰图像识别软件系统,可实现对化工园区火灾火焰图像和视频的识别应用,扩大该方法适用范围。基于CNN的YOLOv5目标检测算法可以实时检测化工园区火灾,其检测方法具有便携性、检测结果具有可靠性,可提高化工园区的安全管理水平。

摘要：粉尘质量浓度在线检测技术是矿山通风安全和尘肺预警的重要基础,而技术的核心是检测误差。为了减小粉尘质量浓度在线检测的误差,提出一种基于多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。调研发现目前应用最多的粉尘质量浓度在线检测方法是光散射法和电荷感应法;基于2种方法的基本原理,研制了光散射传感子单元和电荷感应传感子单元。为了解决光散射传感子单元的污染问题,借助气幕控尘技术,设计了一种带气幕隔尘的光散射传感子单元;再将2种传感子单元进行结构融合,得到串联型的多传感融合单元。然后,基于实验准备与系统,对多传感融合单元进行系列实验,采用多传感数据融合方法,将光散射子单元和电荷感应子单元的AD值进行数据融合,提出一种粉尘质量浓度检测算法,形成了多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。最后,实验发现:光散射传感子单元的气幕隔尘结构尽量避免了粉尘对光学器件的污染;多传感融合单元的检测误差≤8.5%,比光散射传感子单元小6.4%,比电荷感应传感子单元小6.2%;多传感融合单元的平均标定灵敏度是2911.4,与光散射传感子单元相比提高了32.3倍,与电荷感应传感子单元比较提高了124.4倍。证明:多传感融合技术克服了光散射法和电荷感应法对粉尘质量浓度检测的局限性,集中了2者的优点,进一步减小了检测误差和提高了标定灵敏度。

摘要：为了阐明循环加卸载路径对六边形蜂窝能量演化的影响规律,设计了3种不同分级循环加卸载试验,揭示了不同分级循环加卸载模式下外界输入总能量、弹性变形能、耗散能、塑性变形能等参数的演化特征及相互关系,研究结果表明:不同分级循环加卸载作用下,蜂窝的初始峰值强度和平台应力与卸载过程蜂窝弹性能的释放程度有关;3种不同分级循环加卸载模式下外界输入总能量、蜂窝的弹性变形能和塑性变形能随着加卸载梯级增大呈现非线性增加的趋势,耗散能在前三级循环作用下随着加载次数增加而减小,在最后一级循环中循环载荷上限较大,扰动效应强于强化效应,耗散能呈现相反趋势;提升循环载荷上限,蜂窝内部损伤增加,且越接近蜂窝初始峰值强度,蜂窝的损伤越严重;同时提升循环载荷下限,蜂窝弹性能释放较少,损伤加剧。

摘要：射流钻进多层分支孔构造裂缝网络是进行煤层气储层改造增产的有效手段,高质量高效钻进成孔是延长气井寿命、提高煤层气采收率的关键。为实现均衡冲击,进一步提升成孔质量与孔壁稳定性,提出了过热液体闪沸多孔喷射钻进技术,利用闪沸相变形成气液射流协同热应力共同作用于煤岩钻进成孔。为了调控羽流相互作用以进一步利用闪沸现象的优点,必须获得羽流相互作用的调控准则及其对射流宏微观特性的影响。通过高速摄影(DBI)和相位多普勒测试(PDA)获取了不同羽流相互作用阶段闪沸喷射流场宏微观特性。引入喷嘴喉部压力-焓关系计算得到新无量纲参数,分析射流形态和宏观特征。基于等熵-绝热两阶段模型以及喷嘴喉部流体状态,获取了闪沸喷射钻头几何结构设计指标C_(P)和工况参数调控指标O_(P)。提出了综合考虑液体性质、喷孔布置以及环境压力的羽流相互作用调控新准则,并通过不同类型液体进行了验证,为羽流动态调控匹配冲击力与冲击区域提供了支撑。根据新准则,研究了羽流相互作用各个阶段的射流特性,发现不同类型过热液体喷射锥角均在喷射坍缩临界点附近达到最小值,索特平均直径随闪沸的剧烈程度增加而减小,其时空分布在羽流剧烈相互作用阶段更加均衡。研究了导致羽流横向膨胀的主导因素,以及在高过热度条件下不同因素对羽流膨胀的贡献。高饱和压力有利于气泡的成核破裂以及随后的羽流膨胀,并且由于能垒对成核的依赖性,表面张力也会影响羽流的膨胀。喷嘴喉部的流动条件对于确定以闪沸主导和羽流相互作用主导的阶段的射流特性都至关重要,据此提出了综合考虑成核能量势垒及成核速率的冲击区域预测模型,能够有效预测不同类型过热液体、不同喷射参数、不同靶距下的闪沸喷射冲击区域无量纲直径,准确度高达95%以上。羽流调控准则和冲击直径预测模型的建立为闪沸喷射钻头结构设计准则及工艺参数选取提供了基础,研究成果还可进一步扩展至可压缩流体、超临界流体等射流冲击作用区域预测及调控,服务于我国能源开采。