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Study of hydro-mechanical behaviours of rough rock fracture with shear dilatancy and asperities using shear-flow model 被引量:1
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作者 Luyu Wang Weizhong Chen Qun Sui 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第10期4004-4016,共13页
The geometric properties of fracture surfaces significantly influence shear-seepage in rock fractures,introducing complexities to fracture modelling.The present study focuses on the hydro-mechanical behaviours of roug... The geometric properties of fracture surfaces significantly influence shear-seepage in rock fractures,introducing complexities to fracture modelling.The present study focuses on the hydro-mechanical behaviours of rough rock fractures during shear-seepage processes to reveal how dilatancy and fracture asperities affect these phenomena.To achieve this,an improved shear-flow model(SFM)is proposed with the incorporation of dilatancy effect and asperities.In particular,shear dilatancy is accounted for in both the elastic and plastic stages,in contrast to some existing models that only consider it in the elastic stage.Depending on the computation approaches for the peak dilatancy angle,three different versions of the SFM are derived based on Mohr-Coulomb,joint roughness coefficient-joint compressive strength(JRC-JCS),and Grasselli’s theories.Notably,this is a new attempt that utilizes Grasselli’s model in shearseepage analysis.An advanced parameter optimization method is introduced to accurately determine model parameters,addressing the issue of local optima inherent in some conventional methods.Then,model performance is evaluated against existing experimental results.The findings demonstrate that the SFM effectively reproduces the shear-seepage characteristics of rock fracture across a wide range of stress levels.Further sensitivity analysis reveals how dilatancy and asperity affect hydraulic properties.The relation between hydro-mechanical properties(dilatancy displacement and hydraulic conductivity)and asperity parameters is analysed.Several profound understandings of the shear-seepage process are obtained by exploring the phenomenon under various conditions. 展开更多
关键词 Rock fracture Stress-seepage coupling shear-flow model Fracture asperity Shear dilatancy
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Advances in development of shear-flow testing apparatuses and methods for rock fractures:A review 被引量:4
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作者 Yujing Jiang Bo Li +2 位作者 Changsheng Wang Zhenyu Song Bingming Yan 《Rock Mechanics Bulletin》 2022年第1期5-32,共28页
Understanding the mechanical and hydraulic properties of fractured rocks and their coupled processes is of great significance for the exploration,design,construction,operation,and maintenance of many rock engineering ... Understanding the mechanical and hydraulic properties of fractured rocks and their coupled processes is of great significance for the exploration,design,construction,operation,and maintenance of many rock engineering projects such as hydropower development,oil and gas extraction,and underground waste disposal.With the rapid advancement of global and national strategies such as the“Paris Agreement”and the“Belt and Road Initiative”,more and more projects are developed in the complex geological environment with varying geological structures.Shear failure and rock instability are prone to occur in fractured rock masses under the coupled effects of high stress,high pore pressure,and engineering disturbance,which are main sources for engineering disasters such as roof collapse and caving,water and mud inrushes,and induced earthquakes.To solve these problems,extensive research on the coupled shear-flow behavior of fractures has been conducted.However,due to the complex mechanical,hydraulic and geometrical characteristics of single fractures and fracture networks,a large number of outstanding issues related to the impact of the coupled processes on the engineering characteristics of rock masses are still unsolved.The relevant experimental apparatuses and methods remain to be further developed.Therefore,in this review,we analyze and summarize the existing shear-flow experimental apparatuses,classify apparatus configurations,specimen shapes,and testing principles,and compare their advantages and disadvantages.We also summarize the main scientific findings obtained from various experimental apparatuses,aiming to provide a reference for developing new shear-flow experimental apparatuses and conducting related scientific research in the future. 展开更多
关键词 Rock fracture shear-flow Testing apparatus Fault slip PERMEABILITY
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高温花岗岩张拉与剪切裂隙的渗流与传热性能试验
3
作者 蒋政 舒彪 路伟 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2026年第1期315-326,共12页
为对比张拉裂隙与剪切裂隙在渗流与传热性能方面的差异,本研究利用定制的渗流传热试验装置,分别对张拉裂隙与剪切裂隙花岗岩进行了渗流传热试验。试验分别在50、100、150和200℃的恒温条件下进行,每个试验中的围压逐步从5 MPa增加到20 ... 为对比张拉裂隙与剪切裂隙在渗流与传热性能方面的差异,本研究利用定制的渗流传热试验装置,分别对张拉裂隙与剪切裂隙花岗岩进行了渗流传热试验。试验分别在50、100、150和200℃的恒温条件下进行,每个试验中的围压逐步从5 MPa增加到20 MPa。结果显示:在渗流特性方面,随着围压的升高,张拉与剪切裂隙的水力开度和渗透率均呈下降趋势,但剪切裂隙的水力开度和渗透率要大于张拉裂隙,其中水力开度高20%~24%,渗透率高44%~56%;在传热特性方面,随着围压的升高,张拉与剪切裂隙的热提取率和总传热系数也有所下降,但剪切裂隙在各温度下的热提取率和总传热系数都要比张拉裂隙更高,其中在50℃下高约140%,在100~200℃下高80%~84%。研究表明剪切裂隙具有比张拉裂隙更好的渗透性能及传热性能。 展开更多
关键词 地热能 高温花岗岩 张拉裂隙 剪切裂隙 渗流传热
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基于微流控的微胶囊制备系统及实验研究
4
作者 钱昊 朱丽 《微纳电子技术》 2026年第2期122-130,共9页
微胶囊成型技术通过将物质包裹在极小的粒子中,广泛应用于食品、医药、化工等领域。以微流控技术为基础,设计了一种基于移动剪切式的微胶囊制备系统。该系统使用石蜡-氯化钙乳液为连续相、海藻酸钠溶液为分散相,通过移动微流控芯片出口... 微胶囊成型技术通过将物质包裹在极小的粒子中,广泛应用于食品、医药、化工等领域。以微流控技术为基础,设计了一种基于移动剪切式的微胶囊制备系统。该系统使用石蜡-氯化钙乳液为连续相、海藻酸钠溶液为分散相,通过移动微流控芯片出口端微喷嘴、剪切分散相实现微胶囊的制备。通过正交实验分析和总结了微喷嘴内径、分散相流速、剪切速度等参数对微胶囊制备的影响;通过设计加工不同种类微流控芯片,完成了O/W型微胶囊和W/O/W型微胶囊的制备。实验结果表明,该系统通过调节各项参数可控制生成微胶囊的状态,有助于提高微胶囊生成的稳定性,丰富了多类型微胶囊制备的可能性。 展开更多
关键词 微胶囊 微流控芯片 共流聚焦 移动剪切 微液滴
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自进式旋转射流喷嘴结构设计与流场特性研究
5
作者 穆总结 赵恺 +4 位作者 李根生 杨哲华 洪起贵 闫壮 张潘潘 《石油机械》 北大核心 2026年第1期20-29,共10页
水力喷射径向水平井技术对复杂油气高效经济开发、老区增产等意义重大。射流喷嘴是径向水平井钻井的核心工具,为此设计了一种涡轮带动喷嘴旋转射流的新型自进式喷嘴,并采用RNG k⁃ε湍流模型研究了该喷嘴内的流场速度和压力分布特征。数... 水力喷射径向水平井技术对复杂油气高效经济开发、老区增产等意义重大。射流喷嘴是径向水平井钻井的核心工具,为此设计了一种涡轮带动喷嘴旋转射流的新型自进式喷嘴,并采用RNG k⁃ε湍流模型研究了该喷嘴内的流场速度和压力分布特征。数值模拟结果表明,工具可“扫描式”破岩钻进,形成一定尺寸孔眼。该喷嘴在破岩过程中会形成环状凸台,工具自进过程中,凸台被旋转射流产生的拉伸剪切作用破碎。剪切应力对称分布于滞止区中心两侧,侧向射流剪切应力作用范围更广泛。自由射流区的旋转射流速度分布由工具内部旋转机构、流道分布、喷嘴角度等因素共同决定。研究表明,新型旋转射流喷嘴有利于提高径向水平井作业效率,可为相关研究提供技术参考。 展开更多
关键词 径向水平井 旋转射流 自进式 流场分析 射流速度 剪切应力 喷嘴结构
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多种SST湍流模型对典型分离流动的预测性能
6
作者 李文浩 饶彩燕 +3 位作者 段毅 王丁 高原 张健 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第2期125-136,共12页
流动分离现象对飞行器表面附近的流场结构以及飞行器的整体性能有着至关重要的影响。基于驼峰流动以及跨声速凸包流动两种典型的分离流动,采用CFL3D求解器对航空航天工程领域常用的shear-stress transport(SST)湍流模型及其多种修正形... 流动分离现象对飞行器表面附近的流场结构以及飞行器的整体性能有着至关重要的影响。基于驼峰流动以及跨声速凸包流动两种典型的分离流动,采用CFL3D求解器对航空航天工程领域常用的shear-stress transport(SST)湍流模型及其多种修正形式的预测性能进行了评估与分析。通过将平均流场与湍流场的模拟结果分别与高精度实验及大涡模拟数据进行对比,发现:由于低估分离区剪切层中的湍流生成,SST模型在相应区域预测的湍流掺混强度不足,常常会过大地估计二维分离区的范围。在SST模型基础上考虑旋转/流线曲率因素的修正形式未取得明显的改善效果;考虑湍流各向异性的修正形式虽然提高了对雷诺应力的预测精度,但未能有效改善对平均流场的预测性能;相比之下,引入分离流动修正则可通过增大分离区剪切层的湍流生成来增强湍流掺混,从而显著减小分离区的范围。进一步地,通过结合分离流动修正与湍流各向异性修正,可以明显改善对平均流场与湍流场的预测精度。本文研究可对工程仿真计算中湍流模型的选取和进一步改进提供指导。 展开更多
关键词 流动分离 雷诺平均模拟 SST湍流模型 流场预测 修正模型 数值模拟
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剪切稀化流体在卧式单轴圆盘反应器中的成膜特性研究
7
作者 成文凯 颜金钰 +1 位作者 李鏊凡 蔡良富 《化工机械》 2026年第1期61-67,共7页
以卧式单轴圆盘反应器为研究对象,以剪切稀化流体为模拟物料,通过CFD模拟研究剪切稀化流体在反应器中的流动成膜特性,探讨稠度系数、流动指数和圆盘转速对液膜流速、液膜厚度和表面更新性能的影响。结果表明:当稠度系数增大时,液膜流速... 以卧式单轴圆盘反应器为研究对象,以剪切稀化流体为模拟物料,通过CFD模拟研究剪切稀化流体在反应器中的流动成膜特性,探讨稠度系数、流动指数和圆盘转速对液膜流速、液膜厚度和表面更新性能的影响。结果表明:当稠度系数增大时,液膜流速变化较小,液膜厚度增大,液膜表面更新性能变差;当流动指数增大时,液膜流速缓慢减小,液膜厚度逐渐增大,液膜表面更新性能变差;当圆盘转速增大时,液膜流速、液膜厚度和表面更新均呈现增大的趋势;圆盘转速对流动成膜特性和表面更新性能的影响更为显著。 展开更多
关键词 圆盘反应器 剪切稀化流体 流动成膜特性 表面更新 CFD模拟
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乳腺癌患者剪切波弹性成像、超声造影及彩色多普勒血流显像参数与组织学分级、淋巴结转移的关系
8
作者 王丽杰 陆召安 +4 位作者 刘辉 徐娟 王南 谢晴晴 张惠敏 《医学影像学杂志》 2026年第1期51-54,80,共5页
目的探讨乳腺癌患者剪切波弹性成像(SWE)、超声造影(CEUS)及彩色多普勒血流显像(CDFI)参数与组织学分级、淋巴结转移的关系。方法选取96例乳腺癌患者(恶性组)和96例乳腺良性结节患者(良性组),均进行SWE、CEUS、CDFI检查,获取SWE参数弹... 目的探讨乳腺癌患者剪切波弹性成像(SWE)、超声造影(CEUS)及彩色多普勒血流显像(CDFI)参数与组织学分级、淋巴结转移的关系。方法选取96例乳腺癌患者(恶性组)和96例乳腺良性结节患者(良性组),均进行SWE、CEUS、CDFI检查,获取SWE参数弹性模量最小值(E_(min))、最大值(E_(max))、平均值(E_(mean)),CEUS参数时间-强度的曲线下面积(AUC)、达峰时间(TTP)、峰值强度(PI),CDFI参数收缩期峰值流速(PSV)、阻力指数(RI)。比较恶性组与良性组以及恶性组不同组织学分级、淋巴结是否转移患者SWE、CEUS、CDFI参数,采用Pearson相关性分析法分析SWE、CEUS、CDFI检查参数与乳腺癌病理特征的相关性。结果恶性组E_(min)、E_(mean)、E_(max)、AUC、PI、PSV、RI高于良性组,TTP低于良性组(P均<0.05)。不同组织学分级、淋巴结转移患者E_(min)、E_(mean)、E_(max)、AUC、PI、PSV、RI、TTP比较差异均有统计学意义(P均<0.05),随着组织学分级增高和淋巴结转移,E_(min)、E_(mean)、E_(max)、AUC、PI、PSV、RI增高,TTP降低(P均<0.05)。E_(min)、E_(mean)、E_(max)、AUC、PI、PSV、RI与组织学分级、淋巴结转移呈正相关,TTP与组织学分级、淋巴结转移呈负相关(P均<0.05)。结论乳腺癌SWE、CEUS、CDFI参数变化与组织学分级、淋巴结转移密切相关。 展开更多
关键词 超声剪切波弹性成像 超声造影 彩色多普勒血流显像 乳腺癌
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剪切阀泥浆正脉冲发生器CFD流场仿真研究
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作者 孟阳 张强 王二丹 《液压气动与密封》 2026年第3期8-15,共8页
为深入了解剪切阀泥浆正脉冲发生器在工作过程中的阀头冲蚀原因、压力信号、转子扭矩与定转子间隙及流量的关系,以完整的某型号脉冲发生器结构为仿真对象,考虑了泥浆流体的非牛顿性质及其对流场的影响,通过数值模拟方法,对不同工况下的... 为深入了解剪切阀泥浆正脉冲发生器在工作过程中的阀头冲蚀原因、压力信号、转子扭矩与定转子间隙及流量的关系,以完整的某型号脉冲发生器结构为仿真对象,考虑了泥浆流体的非牛顿性质及其对流场的影响,通过数值模拟方法,对不同工况下的流场进行求解。研究结果表明:定转子附近的湍流与回流现象是转子及其附近部件被冲蚀的主要原因;流量增加,压力与转子扭矩增大,定转子之间的间隙增加,压力与转子扭矩减小。此研究为提升泥浆正脉冲发生器的工作效率及性能提供了有效的仿真分析手段,为泥浆脉冲发生器在不同工况下的设计与优化提供参考。 展开更多
关键词 剪切阀正脉冲发生器 压力信号 流场仿真 定转子间隙 转子扭矩
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冬季横断山区一次低空风切变诊断及模拟 被引量:2
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作者 任菊章 杨雪 +5 位作者 陶云 付志嘉 陈艳 钟亚含 王曼 金燕 《应用气象学报》 北大核心 2025年第1期77-89,共13页
沧源佤山机场位于横断山区得龙山,冬季飞机在起飞着陆过程中易遭遇低空风切变,造成复飞。应用机场气象站资料、自动气象站和风廓线雷达加密观测资料等,诊断分析了2021年12月29日沧源佤山机场区域出现的一次低空风切变复飞事件。结果表明... 沧源佤山机场位于横断山区得龙山,冬季飞机在起飞着陆过程中易遭遇低空风切变,造成复飞。应用机场气象站资料、自动气象站和风廓线雷达加密观测资料等,诊断分析了2021年12月29日沧源佤山机场区域出现的一次低空风切变复飞事件。结果表明:冬季一般天气条件下,横断山区盛行偏西南气流,沧源佤山机场东侧坝区存在小尺度局地山谷风环流。午后盛行风加强,机场地面转为一致的西南风,风速增加并超过5.0 m·s^(-1)后,机场东侧坝区谷风风速增加,并伴有垂直上升运动。随着太阳辐射减弱,盛行风开始减弱,东侧坝区内转为山风环流。数值模拟结果也显示:午后盛行偏西南风增强,促使机场地面风速和影响东侧坝区的下坡气流加速,与谷风在机场东侧坝区辐合,产生上升气流,上下层动量交换加强,边界层垂直不稳定加强,产生低空风切变,造成复飞。因此,边界层盛行风与局地谷风环流间的相互作用是造成2021年12月29日佤山机场东侧坝区出现瞬时低空风切变的主要原因。 展开更多
关键词 低空风切变 过山气流 山谷风环流 数值模拟
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多模态超声检查技术在阴囊肿块良恶性诊断中的价值分析
11
作者 张首忠 孙艳芳 彭月享 《影像科学与光化学》 2026年第2期44-51,共8页
目的:探讨多模态超声检查技术在阴囊肿块良恶性诊断中的价值。方法:选取2022年8月至2024年8月武汉市第三医院80例阴囊肿块患者,行彩色多普勒血流成像(CDFI)、超声造影(CEUS)、实时剪切波弹性成像(SWE)检查。根据病理结果分为恶性病变组... 目的:探讨多模态超声检查技术在阴囊肿块良恶性诊断中的价值。方法:选取2022年8月至2024年8月武汉市第三医院80例阴囊肿块患者,行彩色多普勒血流成像(CDFI)、超声造影(CEUS)、实时剪切波弹性成像(SWE)检查。根据病理结果分为恶性病变组和良性病变组。结果:恶性病变组CDFI、CEUS及SWE部分参数均高于良性病变组(P<0.05);非精原细胞瘤组CDFI、CEUS及SWE部分参数均高于精原细胞瘤组(P<0.05);多模态超声检查技术联合诊断阴囊肿块良恶性的受试者操作特征(ROC)曲线下面积(AUC)为0.894,高于各参数单独诊断(P<0.05)。结论:多模态超声检查技术在阴囊肿块良恶性诊断中效能较高,可为临床诊疗提供参考。 展开更多
关键词 多模态超声检查 阴囊肿块 诊断 彩色多普勒血流成像 超声造影 实时剪切波弹性成像
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动态恒速剪切下砂岩粗糙结构面的力学行为及嗣后渗流特性 被引量:1
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作者 蔚立元 武东阳 +2 位作者 苏海健 袁紫宸 鞠明和 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期92-108,共17页
为了探究岩石粗糙结构面的动态剪切力学响应以及损伤结构面的渗流特性:首先,采用动态恒速剪切系统对砂岩粗糙结构面开展不同剪切速率条件下的剪切力学试验,分析了剪切速率以及结构面粗糙度系数对峰值抗剪强度以及滑移特征的影响;随后,... 为了探究岩石粗糙结构面的动态剪切力学响应以及损伤结构面的渗流特性:首先,采用动态恒速剪切系统对砂岩粗糙结构面开展不同剪切速率条件下的剪切力学试验,分析了剪切速率以及结构面粗糙度系数对峰值抗剪强度以及滑移特征的影响;随后,利用三维扫描技术获得动态剪切前后粗糙结构面的损伤特征,并开展不同围压条件下的损伤结构面渗流试验,探究动态剪切作用后损伤结构面的嗣后渗流特性。动态剪切试验结果表明,砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着剪切速率的增加而降低,而剪切速率对剪切刚度的影响规律不明显。随着剪切速率由50 mm/s增加至210 mm/s,粗糙度系数为12.43的砂岩结构面峰值抗剪强度由8.49 MPa下降至6.88 MPa。此外,在相同剪切速度条件下,砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着结构面粗糙度的增加而增大。损伤砂岩结构面高程分布频率均随着剪切速度的增加而下降。相同粗糙度条件下,结构面损伤程度随着剪切速率的增加总体呈上升趋势,导致裂隙开度降低,进而影响结构面的渗透性能。渗流试验结果表明,动态剪切作用后的损伤砂岩结构面水力梯度和体积流量关系符合Forchheimer方程。此外,在相同的围压条件下,损伤结构面的渗透系数随着剪切速率的增加而降低,而随着粗糙度系数的增加而升高。 展开更多
关键词 动态恒速剪切 砂岩粗糙结构面 剪切速率 峰值抗剪强度 损伤特征 渗流特性
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高压大排量径向柱塞泵滑靴副油膜温升特性研究
13
作者 李少年 付丽婷 +2 位作者 王凯峰 李福豪 茹常旭 《机电工程》 北大核心 2025年第12期2255-2265,共11页
高压大排量径向柱塞泵滑靴副承载力较大,滑靴副功率损失会使油膜的温度升高。为了提升滑靴副的润滑特性,降低油膜温升对摩擦特性的影响,对滑靴副油膜的温升特性进行了研究。首先,将滑靴副等效为平行平板,分别建立了压差流与剪切流正交... 高压大排量径向柱塞泵滑靴副承载力较大,滑靴副功率损失会使油膜的温度升高。为了提升滑靴副的润滑特性,降低油膜温升对摩擦特性的影响,对滑靴副油膜的温升特性进行了研究。首先,将滑靴副等效为平行平板,分别建立了压差流与剪切流正交、同向和反向情况下的温升计算模型;然后,将滑靴副油膜划分为八个区域,采用数值方法计算了各个区域的温升数值,分析了不同工况参数下的温升变化;最后,采用流场仿真方法得到了不同工况参数下滑靴副的油膜温度分布,分析了不同区域的温升情况。研究结果表明:滑靴各区域油膜温升值随着转子转角增大呈下降趋势;在滑靴中心油腔与均压槽之间的后方区域油膜温升值最大,数值为16℃;密封带处油膜温升随压力增大而增大,温升变化幅度为0.2℃/MPa;滑靴与定子之间的相对速度增大,滑靴各个区域油膜温升都不同程度地增大,其中辅助支承面处受速度影响最大,温升变化幅度为1.5℃/(m/s);油膜温升随油膜厚度增大而减小,辅助支承面处油膜温升受油膜厚度影响最大,温升变化幅度为-1.8℃/μm。该研究改善了滑靴副的润滑和摩擦性能,可以为高压大排量径向柱塞泵滑靴副优化设计提供参考。 展开更多
关键词 滑靴副润滑特性 摩擦特性 油膜温度 油膜区域划分 流场仿真 压差流 剪切流 滑靴副优化设计
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端壁运动对串列扩压叶栅气动性能与叶尖流动特性的影响
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作者 茅晓晨 丁志华 +3 位作者 王昀煜 张鹏 高丽敏 刘波 《航空动力学报》 北大核心 2025年第12期283-298,共16页
采用数值模拟方法从熵产率、堵塞因子、泄漏流动能分量等角度定量与定性探究了端壁运动对串列扩压叶栅气动性能与叶尖流动特性的影响,主要结论如下:首先,端壁运动后,串列叶栅整体损失降低,叶尖区域堵塞加剧,且气流转折角减小,落后角增... 采用数值模拟方法从熵产率、堵塞因子、泄漏流动能分量等角度定量与定性探究了端壁运动对串列扩压叶栅气动性能与叶尖流动特性的影响,主要结论如下:首先,端壁运动后,串列叶栅整体损失降低,叶尖区域堵塞加剧,且气流转折角减小,落后角增大。在-4°~4°攻角范围内,损失降低3.9%以上,堵塞加剧30.4%以上。其次,端壁运动增加了前后叶的泄漏流流量,分别相对增加12.3%与9.9%以上,但降低了缝隙射流流量。同时,端壁运动使得前后叶泄漏流动能比增大,二次流动能占主导地位,前后叶负荷增加,最大压差位置提前,泄漏涡的形态与发展发生改变并抑制了射流涡的形成。此外,端壁运动显著削弱了端壁剪切效应及缝隙射流掺混作用,扩大了前叶泄漏流周向影响范围并造成了二次泄漏,使得前叶熵产大幅降低,而后叶熵产变化较小,前后叶堵塞加剧。端壁运动与攻角的变化对串列叶栅前叶的影响较后叶更大,这主要是缝隙射流调控作用的结果。 展开更多
关键词 串列叶栅 泄漏流 端壁运动 剪切效应 涡系结构
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Real-time seepage and instability of fractured granite subjected to hydro-shearing under different critical slip states
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作者 Peng Zhao Zijun Feng +3 位作者 Hanmo Nan Peihua Jin Chunsheng Deng Yubin Li 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第4期2396-2415,共20页
In this study,a high-confining pressure and real-time large-displacement shearing-flow setup was developed.The test setup can be used to analyze the injection pressure conditions that increase the hydro-shearing perme... In this study,a high-confining pressure and real-time large-displacement shearing-flow setup was developed.The test setup can be used to analyze the injection pressure conditions that increase the hydro-shearing permeability and injection-induced seismicity during hot dry rock geothermal extraction.For optimizing injection strategies and improving engineering safety,real-time permeability,deformation,and energy release characteristics of fractured granite samples driven by injected water pressure under different critical sliding conditions were evaluated.The results indicated that:(1)A low injection water pressure induced intermittent small-deformation stick-slip behavior in fractures,and a high injection pressure primarily caused continuous high-speed large-deformation sliding in fractures.The optimal injection water pressure range was defined for enhancing hydraulic shear permeability and preventing large injection-induced earthquakes.(2)Under the same experimental conditions,fracture sliding was deemed as the major factor that enhanced the hydraulic shear-permeability enhancement and the maximum permeability increased by 36.54 and 41.59 times,respectively,in above two slip modes.(3)Based on the real-time transient evolution of water pressure during fracture sliding,the variation coefficients of slip rate,permeability,and water pressure were fitted,and the results were different from those measured under quasi-static conditions.(4)The maximum and minimum shear strength criteria for injection-induced fracture sliding were also determined(μ=0.6665 andμ=0.1645,respectively,μis friction coefficient).Using the 3D(three-dimensional)fracture surface scanning technology,the weakening effect of injection pressure on fracture surface damage characteristics was determined,which provided evidence for the geological markers of fault sliding mode and sliding nature transitions under the fluid influence. 展开更多
关键词 Hydro-shearing Reservoir modification Injection-induced seismicity Real-time shear-flowing Frictional noise
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Numerical analysis of hydro-mechanical coupling behaviour during shearing of rock fractures based on an improved friction factor model
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作者 Xu Zhu Guangyao Si +2 位作者 Chengguo Zhang Joon-Shik Moon Joung Oh 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第10期6079-6094,共16页
Both the complex geometrical morphology of rough-walled rock fractures and the nonlinearity of fluid flow contribute to resistance in fluid flow through rock fractures.The interactions of the shear-flow process furthe... Both the complex geometrical morphology of rough-walled rock fractures and the nonlinearity of fluid flow contribute to resistance in fluid flow through rock fractures.The interactions of the shear-flow process further complicate the characterisation of flow behaviours in rock fractures.In this study,an improved friction factor model involving both the effects of viscous and inertial forces is presented based on the Forchheimer equation.The model incorporates two key variables,i.e.Reynolds number and relative roughness,which reflect the effects of flow regimes and fracture roughness,respectively.The changes in geometrical parameters induced by shearing are considered,with the peak asperity height predicted through a correlation with post-peak roughness degradation.The hydraulic aperture during shearing is estimated using a suggested equation that accounts for the mobilised contact area ratio and variable aperture distribution.The parametric sensitivity analysis reveals that shear-induced changes in fracture geometry enhance the flow nonlinearity in rock fractures.The model performs well in predicting the friction factor based on two validation criteria.Then,the proposed friction factor model is incorporated into the three-dimensional distinct element code(3DEC)in the form of the Darcy-Weisbach equation.Coupled with the numerically implemented mechanical model and hydraulic aperture prediction model,numerical simulations of coupled shear-flow processes in single rock fractures are conducted.The simulation outcomes are validated through comparison with the experimental results,showing acceptable agreement and demonstrating that the numerical model is capable of accurately evaluating the hydro-mechanical coupling behaviour during the shearing of rock fractures. 展开更多
关键词 Rock fracture Friction factor Numerical implementation Fracture geometries Flow nonlinearity shear-flow coupled
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夹层泥化粗粒土三轴试验的颗粒流模拟
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作者 李鑫 肖拥军 +1 位作者 王栋 陈余生 《矿业工程研究》 2025年第1期57-62,共6页
为探讨三峡库区软弱夹层泥化形成粗粒土的力学特性,特别是其黏聚力和内摩擦角的变化规律,采用颗粒流软件PFC3D(Particle Flow Code 3D)对泥化粗粒土进行三轴模拟试验分析,以球形颗粒作为基础单元,针对1 mm以下的细颗粒采用等质量替换的... 为探讨三峡库区软弱夹层泥化形成粗粒土的力学特性,特别是其黏聚力和内摩擦角的变化规律,采用颗粒流软件PFC3D(Particle Flow Code 3D)对泥化粗粒土进行三轴模拟试验分析,以球形颗粒作为基础单元,针对1 mm以下的细颗粒采用等质量替换的方法,适当减少颗粒数量以提高计算效率.当分维数为2.312时,随着球形颗粒最大粒径从20 mm降低到10 mm和5 mm,模拟试样的黏聚力和内摩擦角均有所减小.设置由4个球形颗粒组成的近四面体颗粒簇时,得到的模拟粗粒土试样黏聚力明显高于球形颗粒的试验结果,同时内摩擦角也有显著增加.随着泥化粗粒土分维数的增大,模拟试样的黏聚力显著增加,而内摩擦角则有所减小.此外,在四面体颗粒模型中考虑夹层泥化粗粒土中细颗粒的流失时,发现抗剪强度随着细颗粒流失量的增加而降低.研究结果表明,泥化粗粒土的力学性质与颗粒形态及其分维数密切相关,颗粒形态的调整和细颗粒的流失对抗剪强度有显著影响.该研究可为滑坡的防治提供理论依据和参考. 展开更多
关键词 软弱夹层 泥化粗粒土 颗粒流模拟 抗剪强度
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线性剪切流下钢悬链式立管涡激振动响应研究 被引量:1
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作者 马博文 常杏 +1 位作者 陈伟民 唐文勇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第3期81-90,共10页
基于空间分布的尾流振子模型对细长柔性悬链线立管三维涡激振动响应特性进行数值仿真研究。数值模型考虑了立管局部倾角和流固场相对速度对水动力载荷的影响,将尾流振子与立管运动控制方程耦合,构建了悬链线立管非平面来流下的时域动力... 基于空间分布的尾流振子模型对细长柔性悬链线立管三维涡激振动响应特性进行数值仿真研究。数值模型考虑了立管局部倾角和流固场相对速度对水动力载荷的影响,将尾流振子与立管运动控制方程耦合,构建了悬链线立管非平面来流下的时域动力学模型,采用二阶精度有限差分法和四阶龙格库塔法求解耦合振动方程。通过将模拟结果与试验结果对比,模型的可靠性得到了一定程度上的验证;随后针对实尺度立管,比较了不同剪切度来流对立管涡激振动幅值、响应传播波形、结构振动频率、锁定区间及流固场能量传递系数的影响。数值结果表明,相比于均匀流,线性剪切流下的立管呈现更复杂的振动响应特性,随着来流剪切度升高,振动幅值逐渐减小,锁定区沿管轴方向呈现区域化特性并伴随显著的多频振动响应。 展开更多
关键词 悬链线立管 涡激振动 尾流振子 剪切流
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基于PINN的二维剪切流圆柱绕流场重构 被引量:2
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作者 苑光耀 王俊淞 +1 位作者 赵玄烈 耿敬 《力学学报》 北大核心 2025年第2期436-452,共17页
随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文... 随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文章探究了基于PINN的低雷诺数条件下剪切流圆柱绕流场重构方法.基于开源CFD软件OpenFOAM生成的数值模拟数据构建训练集,构建引入剪切流边界条件的圆柱绕流PINN模型,利用流场采样点的速度和压强信息对PINN模型进行训练,以预测不同区域内的流速和压强分布.通过将PINN预测结果与数值模拟数据进行对比,评估了PINN在重构复杂流场中的表现.同时,研究了神经网络层数、网络节点数和监测点位置等参数变化对预测结果的影响,分析了参数调整对流场预测精度的优化作用.研究结果表明,PINN不仅能有效重构剪切流绕流场的流速和压强分布,其预测精度也与数值模拟结果较为吻合,验证了PINN在剪切流圆柱绕流场重构中的实用性和准确性.对比分析表明,监测点位置对预测结果的影响较为显著,合理选取监测点位置可使PINN预测精度提升1~2个数量级. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 NAVIER-STOKES方程 剪切流场重构 圆柱绕流
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恒定法向刚度边界条件下受剪岩石裂隙非线性渗流特性的数值模拟研究 被引量:1
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作者 刘杰 钟伦伟 +3 位作者 钟振 张宪尚 隆清明 应鹏 《岩土力学》 北大核心 2025年第6期1919-1933,共15页
深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自... 深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自仿射裂隙面,采用考虑裂隙粗糙度退化的剪切数值方法分析了不同CNS边界条件下裂隙岩石剪切过程中几何形貌参数的演变规律。随后利用COMSOL软件对受剪后的裂隙进行渗流计算,研究了法向刚度、剪切位移和分形维数对裂隙非线性渗流特性的影响。结果表明:(1)裂隙的力学开度随着分形维数的增大而增大,但法向刚度的增加会减缓其增长速度;接触率主要受法向刚度控制,并随其增大而增大。(2)裂隙渗流的压力梯度与流量关系能够用Forchheimer定律准确描述,拟合系数A和B随剪切位移的增大呈幂函数减小趋势,随法向刚度的增加而增加,随裂隙分形维数的增加而减小。(3)裂隙的水力开度随分形维数的增加而增加,随法向刚度的增加而减小,并建立了以力学开度和开度标准差为自变量的水力开度模型。(4)裂隙渗流的临界雷诺数随剪切位移的增加先减小后增大,并随分形维数和法向刚度的增加而减小,以裂隙的分形维数、接触率和水力开度模型为基础,建立了CNS条件下剪切裂隙的临界雷诺数计算拟合公式。 展开更多
关键词 恒定法向刚度 剪切渗流 水力开度 临界雷诺数
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