基于线性化的湿-热弹性理论，建立热流固耦合的本构方程、水和气体的渗流微分方程以及能量方程。含相变过程的热流固耦合非饱和渗流在现代岩土力学中有非常重要的应用价值，特别是核废料存储库缓冲区的分析计算、冻土带路基融化的耦合过程分析中意义重大。非饱和情况下，整体研究区域由固、液和气三相构成。对于地下水非饱和带，气体一般是空气。......
2023-06-28
热流固耦合模型探讨
【摘要】：为研究传热、水流和力学等参数的横观各向同性耦合效应，采用FLAC3D软件对该地下岩石实验室中的黏土岩的热流固耦合效应进行了数值仿真模拟。图12.3热-流-固耦合关系图温度改变引起的有效应力通过改变计算模型的应变量来实现；孔隙压力对有效应力的影响由太沙基有效应力原理来计算。计算采用的黏土岩热-流-固耦合关系见图12.3。
为研究传热、水流和力学等参数的横观各向同性耦合效应，采用FLAC3D软件对该地下岩石实验室中的黏土岩的热流固耦合效应进行了数值仿真模拟。
在FLAC3D中，热流固耦合分析通过求解以下平衡方程加以实现：
能量平衡方程
流体质量平衡方程
Cauchy运动方程
式中：qi，i为热流量向量，W/m2；qv为体积热源，W/m3；ρ为孔隙介质干密度，kg/m3；cv为体积比热，J/（kg·℃）；T为温度，℃；qi，i为单位流量向量，m/s；qv为体积流体源强度，1/s；ζ为孔隙介质体内单位体积的流体体积改变量；t为时间，s；bi为单位体积的体力分量；dvi/dt为速度对时间的导数。
孔隙压力增量与温度和体积应变增量等的关系式为
式中：M为比奥模量，N/m2；α为比奥系数；β为材料的不排水体积热膨胀系数，1/℃；s为饱和度；φ为孔隙率。
图12.3 热-流-固耦合关系图
温度改变引起的有效应力通过改变计算模型的应变量来实现；孔隙压力对有效应力的影响由太沙基有效应力原理来计算。
式中：σij为总应力；
为有效应力；α为比奥系数；Δp为孔隙压力增量；Kb为饱和岩体的体积模量；βTb为饱和岩体的线性膨胀系数；ΔT为温度变化量；δij为克罗内克函数。
大量研究表明孔隙水运动和岩体骨架变形对饱和岩体介质的温度影响程度较弱，因此耦合计算模型中忽略了孔隙流动和岩体骨架变形引起的温度改变。计算采用的黏土岩热-流-固耦合关系见图12.3。
有关工程渗流理论研究与实践的文章
- 详细阅读
-
电磁热流耦合分析的方法详细阅读
利用Ansys E-mag和Ansys CFX进行电-磁-热-流序贯耦合分析的典型步骤如图5-19所示。由于本节将断路器简化为三导体模型，故利用真实断路器内导体表面积与三导体模型中导体表面积之比，将这一等效热导率修正为0.156W·m-1·K-1，赋予三导体断路器模型中的等效散热介质。开关柜电磁耦合模型如图5-21所示，导电回路居中，其他部件的相对磁导率与空气相差不大，故未予区分，并建为半球形。......
2023-06-15
-
耦合模型和非耦合模型的计算成果对比分析详细阅读
图11.11降压结束时水平截面主应力等值线图表11.2耦合非耦合模型计算应力和位移特征值（最大值）比较高压压水引起岩体发生较大位移量的范围约为3.0m，远远小于渗流应力耦合作用模型条件下13m的范围。图11.12为试验区特征铅直剖面上的第三有效主应力等值分布图。由图11.12可知，按流固耦合模型计算得到的应力场分布形态与非耦合模型计算得到的应力场分布形态有显著的差别。......
2023-06-28
-
流固耦合理论及其应用前景详细阅读
流固耦合理论最早用于研究土体的固结问题。近年来，流固耦合理论在地基固结沉降变形、深埋高压水工隧洞稳定性、边坡稳定性分析、注水采油、水库诱发地震和核废料地质存储库研究中得到了越来越多的重视，其应用前景也越来越广阔。因此，流固耦合问题分析的实质就是要分析应力和渗流各自变化对饱和连续孔隙介质系统整体的影响。连续多孔介质流固耦合问题求解的控制方程包括平衡方程、连续方程和状态方程。......
2023-06-28
-
流固双向耦合方法及其守恒原则详细阅读
当固体结构变形比较大，导致流场的边界形貌发生改变后，流场分布会有明显变化时，单向耦合显然是不合适的，因此需要考虑固体变形对流场的影响，即双向耦合。因此在解决这类问题时，需要进行流固双向耦合计算。流固耦合遵循最基本的守恒原则，所以在流固耦合交界面处，应满足流体与固体应力、位移、热流量、温度等变量的相等或守恒，即满足如下四方程：......
2023-06-26
-
热-力耦合模型优化方案详细阅读
所以，对于切削加工过程中温度和应力的耦合问题，需要按热-力耦合的方法求解。工件还受到外部节点力载荷和分布载荷及体力载荷作用，总的等效节点力为式中，Δ{R}ed、Δ{R}ep、Δ{R}eF分别是外部节点力载荷、分布载荷和体力载荷的等效节点力。......
2023-06-27
-
建立刚-柔耦合混合动力学模型详细阅读
可采用有限元柔性体方法，使用有限元软件ANSYS生成包含构件几何、质量和模态信息的模态中性文件，再通过ADAMS/Flex接口读入ADAMS/View中建立柔性体，进而得到断路器的刚柔耦合混合动力学模型。在ADAMS软件中设置柔性体的参数并添加相关约束，可以得到框架断路器的刚柔耦合混合动力学模型。由于框架断路器机构复杂，零部件很多，因此仿真中分别以上连杆、打击杆和轴销为柔性体建立框架断路器的刚柔耦合分析模型，如图3-5所示。......
2023-06-15
-
轴流泵双向流固耦合分析实现及注意事项详细阅读
本书采用ANSYS14.5在Workbench平台上完成轴流泵的双向流固耦合过程。另外需要说明的是，双向流固耦合分析的设置相对复杂且困难一些，如果设置不合理或者设置错误，就会有错误提示甚至中断计算，因此在设置时需要非常仔细。如前所述，双向流固耦合中经常发生的错误主要集中在两个方面：1）时间步的统一问题。......
2023-06-26
相关推荐