有限元法分析巷道围岩非稳态温度场

"巷道围岩非稳态温度场有限元分析 (2002年)" 在采矿工程领域，巷道围岩的温度管理是至关重要的，尤其是在高温矿井中。巷道围岩的非稳态温度场分析是解决这一问题的关键。这篇2002年的学术论文探讨了巷道围岩散热的复杂性，包括非稳态导热过程、不规则巷道形状、介质的非均质性和各向异性特性。作者通过有限单元法（Finite Element Method, FEM）来研究如何有效地求解这些问题。 有限单元法是一种数值计算方法，它在处理复杂的几何形状和非线性问题时具有显著优势。在本文中，作者强调了在处理巷道围岩温度场时，解析法的局限性，因为解析法往往需要过于简化的假设，而有限单元法则能提供更精确的解决方案。这种方法允许对温度场进行离散化，将连续区域划分为多个相互连接的单元，每个单元内部的物理量可以通过简单的函数近似表示，然后通过求解线性方程组得到整个域的解。 在巷道围岩的温度场分析中，边界条件的设定是关键。论文提到，由于巷道冷却圈通常呈半无限体状，且在巷道轴向的温度差很小，因此可以简化为二维非稳态温度场问题。这样可以减少计算复杂度，同时保证一定的精度。为了确保计算的准确性，论文中的实例采用了超过600个单元进行模拟，这表明在实际应用中，需要足够多的网格来捕捉温度场的细微变化。 此外，论文还提出了一种结合手工与计算机的单元划分方法，以适应巷道形状的不规则性。处理非均质和各向异性介质的方法也得到了详细阐述，这对于理解和预测巷道围岩温度场随时间和空间的变化规律至关重要。通过编写计算机程序并进行实例计算，作者验证了所提出方法的正确性，并对温度场的时间演化和空间分布进行了深入分析。 关键词如“围岩散热”、“有限元法”和“非稳态温度场”揭示了这篇论文的核心内容。它不仅涉及了地质力学的基础理论，还涵盖了传热学和计算方法的应用，对于矿井通风和安全具有实践指导意义。这篇论文是由来自黑龙江科技学院和中国矿业大学的学者共同完成的，受到了国家自然科学基金的支持。