本研究成果包括岩体初始地应力场计算仿真、岩体参数选取及反分析、岩体多场耦合机理及多场耦合数值模拟、复杂岩体开挖与锚固支护计算仿真、施工爆破效应计算仿真等诸多方面,形成了较为独特的岩体多场广义耦合分析的科学研究体系

能源、环境及化工等领域广泛存在具有相变和反应的能质传递和转化问题， 具有多区域、多场、传递与转化等相互耦合的特点，是影响装备性能的关键热物 理问题，对提升性能至关重要。本项目针对上述领域中共性的多场耦合能质传递 机理反其强化和调控方法的前沿科学问题开展研究工作，取得了系列原创性研究 成果。主要发现点有： 一、 分区耦合多相传递可视化实验方法及其机理与特性：创新了滞止流和通 流槽道内逸出速率及位点可控的液滴和气泡动力学行为、变孔隙率网络流道及其 与外部流场耦合的两相流动、毛细阻力可调的多孔层内相变传热及含反应边界的 两相流及传递等可视化实验方法。获得了逸出液滴聚合衰减震荡机理及规律；发 现了微孔逸出气泡脱离后涌入和界面震荡现象；揭示了具有壁面逸出气泡的槽道 内两相流规律；阐明了具有微孔层和结构缺陷的气体扩散层内两相分布特征；厘 清了反向式毛细蒸发器多孔层内相分布规律反其对相变传热的影响机理；揭示了 燃料电池内两相流动和传输以及电化学反应的相互作用规律，获得了流道水淹与 压降之间的定量关系及膜电极表面温度分布特性。 二、 多元多相分区耦合能质传递及转化理论模型：建立了多场耦合固体基质 表面细胞吸附成膜理论模型，揭示了生物膜结构与能质传递及产氢/产电性能的 相互关系；建立了含生化反应的多孔填料床内多相能质传递的毛细管模型和多相 混合模型，阐明了流动和传输与生化反应的耦合特性，为固定化细胞生物反应器 性能预测提供了方法；建立了毛细结构材料内分区耦合相变传热理论模型，为反 向式毛细蒸发器和微槽膜状凝结换热提供了理论计算方法；提出燃料电池两相传 输三维孔隙网络模型和气体有效扩散系数的分形模型，首次利用V0F方法模拟 了边壁具有逸出液滴的燃料电池流道内细观两相流行为，揭示了多孔扩散层与流 场板流道内两相流的耦合关系以及流道结构和工况参数对两相流特性的影响规 律。 三、多场耦合能质传递强化及调控方法：基于分区耦合强化传热思想，提出 了三维肋表面和螺旋扭带组合强化传热新方法；通过分区流动和传递强化与调控, 发展了三维柱状阵列结构阳极微流体燃料电池，显著提升了电池性能；利用石墨 烯表面修饰，实现了多孔电极内微生物产电菌电子转移速率和活性生物量调控和 强化；创新性利用流场/浓度场/温度场/光场的强化和调控，结合表面修饰和弥 散光导体技术，实现微生物生化转化全过程强化；提出了通过外接电阻控制阳极 电势诱导和调控生物膜结构，强化了质子传输，大幅提升了微生物燃料电池性能。

随着人类对自然科学认识的不断深入以及现代工业技术的不断进步，特别是凝胶等软物质的应用、锂电池、燃料电池等技术的发展，人们逐渐认识到力热与化学作用之间也存在着不可忽略的耦合作用。本成果完成人通过引入化学反应进度，基于非平衡态热力学建立了一套适用于描述可变形固体材料质量传递、热传导以及化学反应耦合问题的力-热-化连续介质理论框架，该理论适用范围宽广，针对包含化学反应的各演化过程有相应的耦合动力学控制方程。针对所建立力-热-化多

项目背景：地热工业资源利用可获取许多贵重的稀有元 素、放射性元素、稀有气体和化合物，也可用于地热发电、 地热供暖、地热医疗等场景。目前，我国大科学计划在探索 超热岩发电技术、深层地热开发相关颠覆性技术方面，需要 支撑深层高温钻井和压裂建库等技术的研发设备平台。因 此，研制高温高压岩石真三轴测试平台等，可为后期开发工 作提供基础数据和理论依据。本项目的难点在热、力学热冲 击效应下，高温岩石真三轴加热保温材料的多场耦合技术， 井筒密封，高温声发射监测，并能模拟现场工况等，设计实 验平台结构设计并保证性能。 所需技术需求简要描述：关键技术；岩样尺寸（方形）： 200mm（250MPa）、300mm（400℃）主要试样、600mm（ 400℃ ）。 真三轴试验力：10000kN×3、精度 0.5% ，刚性加载，位移、 变形、力三种控制。岩样最高温度：400℃，程序升温，升 温梯度 5-20℃/min，温度精度±1℃。水力压裂注入压力： 120MPa/携沙，压力、流量控制，精度 0.5%，压力控制 0.001MPa；升学监测：16 通道，波导杆和直接测量。暂堵装 置：流量 1000L/min，压力 30MPa。  对技术提供方的要求:在深层地热资源开发领域，拥有 一定的研发基础和实验平台制造经验，相关研究成果处于国 内领先水平。 

本研究成果是西安科技大学岩土工程杨更社科研团队在连续 2 个国家自然科学基金资助下取得的成果积累。是岩土工程学科和工程地质、基础力学学科的交叉融合。主要特点是针对冻融环境条件下软岩体，研究软岩体的冻融损伤力学特性及损伤破坏机理，冻融损伤的水热迁移及水、热耦合模型与力学分析，对岩体损伤力学理论研究和岩体工程实际应用具有重要的意义。成果获陕西省科学技术进步二等奖，出版学术专著 2 部，发表学术论文 45 篇，其中 EI 收录 20 余篇。

靖远煤业集团有限责任公司魏家地煤矿和西安科技大学合作，针对高应力动压下大巷反复破坏返修难题，分析巷道反复破坏的原因，得到高应力动压软岩巷道破坏机理，提出合理的维修支护方案，维修的巷道做到安全可靠、经济合理，便于操作与施工，不影响施工进度，减小巷道服务期内变形量、维修次数，降低生产成本。 该成果经甘肃省科技厅鉴定为国际先进水平，申请专利 1 项，发表科技论文 10 余篇。该成果在 靖远煤业集团有限责任公司魏家地煤矿二号石门返修工程的应用，取得了明显的社会经济效益。

乙烯工业是石油化学工业的龙头和核心，乙烯生产装置的核心部分是裂解炉，整个乙烯装 置效益与裂解炉的设计和操作有直接的关系，高水平设计和优化操作裂解炉是乙烯生产装置经 济效益提升的前提。本项目以乙烯裂解炉为例，研究了不同辐射模型对裂解炉流动、传质、传 热和反应的影响，建立准确的辐射模型；在此基础上，研究三维燃烧器的燃烧机理，比较不同 燃烧模型对裂解炉运行状况的影响，建立准确的燃烧模型；在以上模型的基础上，研究了裂解 炉炉膛CFD与炉管裂解反应模型耦合模拟和实验验证；在此基础上，建立基于CFD模拟的区域 法数学模型，研究了其在工业裂解炉中的应用，以提高工业装置的操作运行水平，降低成本和 能耗。

本发明公开了一种珍珠岩多空吸声材料，采用构筑吸音墙体，其特征在于，采用物料混合造粒-底板浇筑-吸声板浇筑-压制-脱模-养护-40℃蒸汽养护等工序制得；物料采用以下质量比配比：珍珠岩1；425水泥6；快硬水泥0.3；聚合物乳液0.1；造粒剂0.1；增塑剂0.01；其它助剂0.1。本发明以珍珠岩为骨料的吸声材料具有吸声效果优良、抗折、抗压强度大、吸声系数高、吸声频带宽且具有防火、防潮、耐久、无毒等优良性能，为一种具有广泛应用前景的吸声材料。

本实用新型涉及一种破碎岩样蠕变渗透全程耦合试验装置，包括液压轴向加载装置、渗透装置及数据显示器件，轴向加载装置通过柱塞泵、电磁溢流阀、单向阀、压力继电器、储能器、二位四通换向阀实现油路压力的稳定提供和保持，并把油路中稳定的压力通过液压缸、圆管和活塞实现轴向力的加载和保持；渗透装置通过电动试压泵、进水管、单向阀、毛毡层、多孔透水板对密封于缸筒内的破碎岩样进行自下而上的渗透，利用压力表、水压表、压力传感器、位移计和流量传感器等对蠕变、渗透试验过程进行实时显示和监控，整个装置置于带有滚轮的平板形推车上，便于移动，该装置结构简洁，密封快速，操作方便，适用于破碎岩石的压缩蠕变、渗透和蠕变渗透全程耦合试验。