风沙跃移运动中的Magnus效应

给出了计及Magnus效应的风一沙耦合跃移运动模型,计算了当风沙流达到自平衡状态后Magnus效应对贴地风速廓线、沙粒跃移轨迹的影响,指出在Msagnus效应影响下,沙粒跃移运动对风速廓线的影响类似于粗糙床面对沙粒跃移的影响,其粗糙度约为沙粒跃移高度的0．8倍。     

稳态风场下的沙粒运动规律

风沙运动是风沙地貌以及土壤侵蚀的主要原因,跃移运动是风沙运动的主要形式,跃移沙粒占整个运动沙粒的75%左右,这一运动不仅是沙量传输的主要运动形式,也是造成沙质地表风蚀和风沙灾害的根本原因.通过数值模拟的方式研究了当风沙运动达到稳定状态时的风沙流运动特征,详细讨论了稳态情况下沙粒的跃移运动规律,以期对防沙治沙工作能起到一定的指引.研究结果表明:在不同的初始风速条件下,当风沙运动达到稳定状态时在高度小于10倍的沙粒直径处的风速基本相同,这是由于地表风场被运动沙粒强烈修正,有效粗糙度随着摩阻风速的增加而增加;同时在给定的风场风速下,跃移轨迹和碰撞速度并不是无限增大的,而是存在最大的跃移轨迹和最大的碰撞速度,并且最大碰撞速度以及最大跃移轨迹的高度和长度与摩阻速度成线性关系.     

风沙电多场耦合中沙粒跃移运动的受力分析

基于风沙电多场耦合跃移运动的理论模型,通过对稳定风沙运动的数值模拟,将沙粒在运动过程中所受各种作用力,如空气阻力、Magnus力、Saffman力、静电力与重力进行了对比研究,讨论了沙粒所受各种作用力随摩阻风速、沙粒粒径、沙粒初始旋转角速度和初始起跳速度的变化规律．     

空中碰撞对风沙跃移运动的影响

针对目前描述风沙跃移运动的理论模型均未考虑跃移沙粒在空中所发生的碰撞对输沙率影响的问题,通过硬球碰撞模型给出一计算跃移沙粒在空中发生碰撞时其速度的表达式,并通过考虑风场-沙粒间的相互耦合作用和跃移沙粒在空中发生碰撞的概率,计算出跃移沙粒在空中发生碰撞时的单位面积输沙率和单宽输沙率,并给出其变化规律.结果表明：考虑跃移沙粒空中发生碰撞时的单位面积输沙率和单宽输沙率都比不考虑空中碰撞时的小,且更接近实验值;不考虑空中碰撞与考虑空中碰撞时的单位面积输沙率之差随着轴线风速的增大而增大,随着高度的增加先增大后减小,呈现＂分层结构＂。     

沙粒的跃移与悬移

通过考虑沙粒在大气边界层中的湍流随机运动,分析了影响沙粒运动轨迹的各种因素．由于存在湍流脉动速度,因此在相同粒径、起跳初速度和摩阻风速情况下,沙粒运动轨迹会出现较大差异．沙粒的垂直波动速度可以作为一个反映其运动性质的参数,不仅与粒径、起跳初速度,而且与摩阻风速有关．利用其作为判断沙粒运动形式的判据,计算了给定沙粒粒径和摩阻风速条件下沙粒进入跃移和悬移的临界起跳初速度及相应运动形式的组分,并与考虑风沙耦合作用与不考虑风沙耦合作用的轨迹统计结果进行了比较．     

跃移沙粒运动参数的数字图像分析

采用高速相机记录了大气边界层风洞中的沙粒跃移运动,并对所获取的跃移图像序列运用双向粒子追踪算法对帧间沙粒进行匹配,从中提取出准确的跃移轨迹.对跃移沙粒位置函数进行基于时间自变量的曲线拟合及求导来计算运动参数,结果表明,与传统方法及降频差分法相比,拟合-求导法能更好地克服数据波动性大、端点数据损失及时间分辨率低等问题,在单颗粒连续性运动量化分析中更具实际意义.结合拟合-求导法和简化受力模型,计算得出了真实跃移过程中阻力加速度的变化以及广义升力在来流方向的作用方式.     

形状因素对风沙跃移影响的数值研究

目的研究沙粒形状因素对沙粒跃移的影响。方法采用两类形状系数对阻力系数加以修正,进行了沙粒跃移的数值模拟。结果获得了形状系数修正后的模拟结果,并对比分析了其与采用球形假设的模拟结果以及真实沙粒跃移轨迹的高速摄影实验结果之间的差异。结论沙粒形状因素对沙粒跃移的影响是不能忽略的。当粒径>160μm时,两种修正方法得到的计算结果与实验轨迹基本一致,而当粒径≤160μm时,采用基于颗粒阻力的形状系数,将沙粒转化为球形的修正方法得到结果更接近实际。     

跃移沙粒起跳垂直速度分布函数的统计分析

利用测量近地层的跃移沙粒运动所得到的实验数据对沙粒起跳垂直速度分布函数进行了统计分析，从理论上对已有沙粒起跳垂直速度分布函数形式进行了非参数检验，提出了跃移沙粒起跳垂直速度分布函数服从Weibull分布的结论。最后给出了不同分布对实验数据的拟合结果，进一步表明了统计结论的正确性。     

泥沙颗粒跃移运动机理

水流中泥沙颗粒的跳跃运动是推移质运动的重要形式,根据泥沙颗粒运动过程的受力分析,建立了忽略颗粒旋转和紊动影响的泥沙颗粒跃移运动模型,并采用数值计算方法,求解了跃移运动方程,得到了跃移运动参数（跃移长度、跃移高度、跃移速度）的统计特性,所得结论与实验资料吻合较好;通过对数值计算结果回归分析,得到了跃移运动参数以及输沙率的数学表达式,对于了解推移质运动机理有重要的意义．     

沙粒跃移击溅函数的高速数字摄像研究

采用高速CMOS数字相机拍摄的方法记录沙粒与床面的碰撞过程,通过分段图像叠加的算法对获得的实验图像进行处理,提取出沙粒运动时序位置,并计算其入射以及反射的速度和角度.通过统计分析得出跃移沙粒与沙床碰撞过程中的控制参数--碰撞平面角、速度和能量恢复系数的分布,都近似满足正态分布.实验结果表明,沙粒与沙床碰撞过程中损失的动能超过总能量的一半,且由于碰撞平面角大于0°的比例达到70%,即使沙粒在碰撞过程中能量有所损失,沙粒与沙床碰撞后垂直分速度增加的现象仍比较普遍,使得沙粒在与气流相互作用的过程中获取更多的能量,从而为沙粒的持续跃移提供了保证.     

混砂工艺对粘土湿型砂性能的影响

通过采用 5种不同的加料顺序 ,并改变混砂时间 ,研究了混砂工艺对粘土湿型砂性能的影响。结果表明 ,型砂各性能均随加料顺序和混砂时间的不同而变化。当型砂中不含煤粉时 ,采用先干混后湿混的工艺 ,型砂性能较好 ;当型砂中含有煤粉时 ,采用原砂和水先湿混 ,然后再加膨润土、煤粉的混制工艺 ,型砂性能较好 ;煤粉的介入与未加煤粉时比 ,除透气性外 ,其他各性能均有提高 ;随混砂时间延长 ,各性能均呈上升趋势 ,当混砂时间为 8～ 16 min时 ,各性能趋于稳定     

涡管排砂箱型沉砂池的试验研究

在总结他人工作的基础上，设计了新型的涡管排砂箱型沉砂池，用以排出进入渠道中的泥砂。模型试验和原形观测的结果表明，这种沉砂池具有排砂比较高，排砂时水砂比较小，且适用条件广，投资较经济的特点，目前已在新疆巴州地区推广应用。     

地应力和油藏压力对弱胶结砂岩油藏出砂的影响

借助岩石力学的基本理论,结合弱胶结油藏的岩石学特征,系统地分析了原地应力、生产压差等因素对弱胶结砂岩油藏出砂的影响,并对防砂技术和措施进行了讨论。结果表明:在弱胶结砂岩地层,地应力的非均匀性将导致某些方位地层先于其它方位地层剪切屈服、出砂,因此,对这些方位进行选择性避射将有助于防砂和延长油井开采寿命;当井筒内压力保持不变时,随着油藏压力衰竭,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性增大;当地层压力恒定时,随着开采压差的增大,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性随之增大。     

长乐沿海风成沙沙色与红化作用研究

根据对长乐东部沿海潮间带和陆上风成沙分布区实地取样调查,以及时颗粒表面特征的观测和实样化学分析等,查明了区内风成沙颗粒成分和形成环境对沙色的影响。分析研究了沙源与沙色变化的关系,沙色分布规律,无色颗粒红化作用的起因及红化过程。     

膨润土再生砂对 CO_2 水玻璃再生砂性能的影响

将膨润土湿型砂和ＣＯ２水玻璃砂分别进行机械法再生,再按不同比例混合,用ＣＯ２水玻璃工艺研究了再生砂的主要工艺性能．研究结果表明,膨润土再生砂对ＣＯ２水玻璃再生砂的影响不大,随着膨润土再生砂比例的增加,混合再生砂的终强度缓慢降低,而８００℃的残留强度急剧下降．     

合芜高速公路软土地基处理

介绍了合芜高速公路三期工程约２ｋｍ软土地基的特征及物理力学性质,采用袋装砂井及砂垫层联合使用的处理方法,技术可行、经济合理、效果很好,提高了地基强度,保证了工程质量,具有施工周期短、施工速度快等优点。     

油气井筒出砂理论技术新进展

油气井筒出砂问题不仅仅出现在石油和天然气的生产过程中,海域天然气水合物(以下简称水合物)的开采和枯竭油气藏型储气库的运行同样伴随出砂导致的各种不利因素的影响。主要针对国内油气井筒出砂的研究现状进行三个层面介绍,分别为出砂的理论研究(宏观研究和微观研究)、出砂预测方法和出砂防治措施(机械挡砂、化学固沙、携砂管理和综合防砂)。通过研究分析业界专家的出砂理论和实验结果,结合具体的案例对油气井筒出砂研究存在的问题进行了归纳和总结。认为目前油气井筒出砂亟需解决的技术重点在枯竭油气藏型储气库注采井方面,同时要推动出砂技术与智能技术的结合,针对异常地层和复杂井况形成成熟的应对措施,提升单井产量和开采效率。通过本文的介绍可为井筒出砂的发展趋势和研究提供理论基础。     

油井出砂监测技术现状及发展趋势

 将出砂冷采技术应用到稠油油藏,虽然会大幅提高油井的产量,但实际生产中过度出砂或者过度防砂都会带来各类问题。为了在出砂生产和防砂之间寻求最优的解决方案,实现油井适度出砂,需要一套出砂监测系统进行实时监测,持续有效显示出砂信息,为出砂生产和防砂提供最优的策略。通过对国内外出砂监测技术的调研,总结了出砂监测的主要方法,介绍了出砂监测的主要设备,分析了监测信号的处理方法,指出了出砂监测的重要性及未来发展趋势。     

最大沙粒堆积率对风沙流结构的影响

采用欧拉双流体模型,利用数值方法研究了最大沙粒堆积率对风沙流结构的影响。结果表明：随着最大沙粒堆积率的增大,沙粒速度和风速在跃移层内都有明显增大,而沙粒体积分数在近床面却有所减小,但离开床面一定高度后,沙粒体积分数几乎不受最大沙粒堆积率的影响。     

基于灰色关联分析的出砂室内实验研究

基于物质守恒方程,设计室内填砂管实验模拟地层不同出砂情况,研究出砂对含水的影响,并利用灰色关联分析法分析出砂、含水与其他实验参数的关联程度。研究发现未出砂、出砂0.5%、出砂1%地层孔隙度随驱替分别呈下降、上升、先升后降趋势;含水饱和度随驱替迅速上升并逐渐稳定,对出砂情况变化不敏感;渗透率随出砂量增加呈上升趋势,并在整个驱替过程中保持稳定。灰色关联分析发现:含水饱和度对出砂影响最大,其次为孔隙度、目数、压差和渗透率;孔隙度对含水饱和度的影响最大,其他依次为压差、目数、渗透率、出砂量。基于灰色关联分析的结果,提出防砂控水的措施,以指导现场施工。