Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究

为了找出Y型通风工作面采空区中瓦斯流场的分布规律,为采空区瓦斯治理提供理论依据,应用流体力学模拟软件Fluent对两进一回Y型通风工作面采空区流场、瓦斯浓度场的分布进行了模拟研究,得到采空区瓦斯流动及浓度分布规律为:沿走向向采空区深部瓦斯浓度逐渐增大,沿倾向从下向上瓦斯浓度逐渐增大,沿空留巷的末端是能位的最低点,漏风向沿空留巷末端方向流动,可以解决上隅角瓦斯积聚问题。     

矩形明渠流动流速脊线的特性分析

1 问题的提出。圆管流动和矩形明渠流动是两种最基本的流动．圆管流动因其轴对称性而显得相对简单，在以轴心为极点的极坐标系中，流速只沿径向发生变化，横断面上等速线为一族同心圆．圆管断面上的点流速分布规律可归结为沿某一径向的流速分布规律予以描述．而在明渠流动中，由于自由表面的存在，其流动特性远较圆管流动复杂．即使是矩形明渠，流动断面上的点流速沿垂向和横向均有明显的梯度存在．为此，不同学者从不同的角度对矩形明渠均匀流动问题进行了研究，因其成果主要限于宽深比较大和没有自由表面影响的情况，所以常不能满足实际应用的需要．     

集箱与并联管屏系统单相流体的流动特性

对沿集箱轴向各屏结构相同、而同一屏内各管圈结构不同的集箱与并联管屏系统内单相流体的流动特性的空间分布进行了理论研究 .集箱对轴向各屏与对同一屏内各管的分流和汇流分别采用连续模型和离散模型 ,屏内工质比容沿支管长度的分布引进线性变化假设 .建立了描述系统流动的封闭方程组 ,并获得了集箱及并联管屏内静压和速度分布的理论解 .在引进局部线性化假设、考虑集箱内沿程摩阻影响的条件下 ,得到了修正的理论解 .理论解及其修正解为沿集箱轴向引入、引出并联管屏系统的通解 ,其中集箱内流动参数为一维解 ,管组区流动参数为三维解 .该研究结果可直接应用于电站锅炉过热器、再热器及工业上同类型换热器的流动分析与设计 .     

离心风机平板直叶片调节门的实验研究

为了改进风机调节门的性能和作用,采用五孔探针对平板直叶片调节门前后的流动进行了详细的测量,得到了流动参数沿流动方向的衰减变化规律.实验分析结果表明:调节门导致其下游流动沿半径方向的分布很不均匀,而沿圆周方向的分布比较均匀,对其上游流动的分布形态影响很小;阻力系数和预旋系数随调节门叶片角度的增大而增大,但在叶片角度大于40°~50°时阻力系数的增加明显快于预旋系数.针对风机调节门的流动特性,采用预旋系数、阻力系数做为全面评价风机调节门性能的主要指标是可行的.从兼顾流动均匀性和预旋两方面因素考虑,从调节门出口到叶轮进口之间的最佳距离约为叶片平均弦长的4~8倍.根据调节门流动参数沿径向、周向和沿轴向的分布特点,提出了加大调节门流道中心处叶片的弦长、改进平板直叶片叶型及优化最佳叶栅稠度等参数的建议.     

水平井酸化数值模拟

对水平井进行酸化是提高其产能的重要途径之一。在水平井的酸化过程中,酸液一方面沿水平井筒流动,同时还沿井筒管壁流向井筒周围的储层,所以酸化过程实际上是井筒变质量流动和周围油藏渗流的耦合过程。对水平井筒流动及其周围储层的渗流进行了流动分析,建立了井筒流动模型、流动剖面模型和油藏渗流模型。将这些模型进行耦合,得到了描述水平井酸化过程的耦合模型。通过对模型数值求解,预测了注入酸的分布,分析了注入参数对酸化效果的影响,为选择合理的布酸方式提供了理论依据。     

离心压气机无叶扩压器内部流动的实验测量和数值分析

对离心压气机无叶扩压器内部的流动进行地测量,实验在6种不同转速下进行,获得了径向速度、周向速度和静压恢复系数的分布规律,用SIMPLEC算法结合k-ε湍流模型对该无叶扩压器内部流动进行了数值模拟,计算结果与实验值基本吻合,结果表明：气流速度沿扩奢器宽度方向的分布是盘侧高一增侧,速度分布逐渐达到均匀,当提高转速时,气流速度沿扩压器宽度方向的变化较小,压力恢复系数在无叶扩压器前段增长较快,在后段增长缓和。     

小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析

针对螺旋离心泵内固液两相流动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变沙粒粒径和含沙水体积分数的方法,对小粒径颗粒在螺旋离心泵内的流动进行了数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮工作面和背面的分布规律以及固相体积分数沿叶轮轴面、叶片背面和工作面的分布规律,并在此基础上给出了螺旋离心泵内的磨损特性.     

塑性流体在光滑圆管内的湍流流动及屈服应力对流动的影响

本文应用随机湍流模型对塑性流体在光滑圆管内的湍流流动规律进行了研究,得到了包括近壁区域在内的断面时均速度分布和平均速度、沿程阻力系数的计算公式。结果表明,塑性流体的屈服应力对湍流流动的影响是由比值τ0/τw(τo为屈服应力,τw为管壁处切应力)的大小来决定的,随着雷诺数Re的增大或管径减小,这种影响将很快衰减,而屈服应力对无因次速度剖面的分布影响很小。     

用于流体边界层控制的电磁场计算

利用电磁场作用于电介质溶液的Lorentz力可以控制溶液的流动.基于电磁场的基本方程,利用有限差分法,对置入流动弱电解质中圆柱形电磁激活板周围的电势、磁势、电场强度、磁场强度和Lorentz力进行了数值模拟,并对其分布做了分析.结果表明:电势、磁势、电场强度、磁场强度和Lorentz力沿展向均呈周期分布,沿法向则以指数规律迅速衰减.极板宽度越宽,衰减越慢,渗透深度越大,Lorentz力脉动性越小.     

塔河油田自喷深井井筒电加热降粘技术研究

为了解决塔河油田油藏埋藏深、原油粘度高、井筒热损失大导致自喷困难的问题,基于热量传递原理和两相流动理论,建立了井筒电加热降粘举升工艺中产液沿井筒流动与传热的数学模型,计算了产液沿井筒的温度和压力分布,分析了电加热工艺参数对电加热效果的影响。运用该模型对塔河油田1口稠油井的电加热降粘效果进行了分析,界定了电加热井筒降粘工艺对原油粘度的适应性。结果表明,电加热工艺适用的最大原油粘度为30 Pa.s,这一结果为电加热降粘工艺的应用提供了依据。     

微圆管中流体的微观流动机制

 针对低渗透油藏储层孔隙喉道小的特点,采用管径为20、15、10、5 μm 的微圆管,以去离子水和煤油为流动介质,研究微圆管中流体的微观流动规律,分析去离子水和煤油的实验流速、有效边界层厚度与压力梯度的关系,考察壁面润湿性和流体黏度对微流动规律的影响。研究表明,微管中流体流速与压力梯度基本成线性关系,随着微管管径的减小,流体流动的非线性程度增强,且驱动压力越大,微管有效边界层厚度越小,参与流动的流体更多,有效流体边界层厚度占微管管径的比例也随之降低;微管壁面由亲水性变为疏水性后,流体流速均高于改性前,微管管径越大,作用效果越显著;改变流体黏度时,出现明显的启动压力梯度特征,实验流体黏度从2.40 mPa·s 增至10.20 mPa·s 时,对应的启动压力梯度由1.26 MPa/m 增加到6.83 MPa/m。     

超临界流体传热特性研究综述

 超临界状态下流体状态介于液态和气态之间,其扩散性更接近气体,密度依然为液体量级,这种特殊的性质导致超临界压力下流体流动换热特性与亚临界压力下有很大不同.本文以超临界压力条件下水、二氧化碳和碳氢燃料为研究对象,综合分析了超临界流体在管内的换热规律,系统总结了浮升力、热流密度、质量流速、压力、进口温度、流道形状等因素对流动换热特性的影响.其中,浮升力、热流密度和质量流速影响作用较大,在较高热流密度条件下,浮升力会导致传热恶化发生;在较低热流密度下,流体临界点附近会发生传热强化;质量流速增加能够使管内换热效果显著增强.传热强化和传热恶化现象的发生与临界点附近流体物性的剧烈变化密切相关.     

页岩气藏流固耦合数学模型

页岩层是超低渗透率的储气层,页岩气藏开采过程中流固耦合效应表现明显.基于渗流力学和Biot固结理论,综合考虑页岩气藏储层的启动压力梯度,页岩气渗流过程中的解吸附,建立了一个适用于滑脱流、孔内扩散等页岩基质孔隙内所有气体流态形式的流固耦合数学模型.页岩气开采流固耦合数学模型包含了气体渗流和页岩变形相互作用的耦合项,必须进行耦合求解.使用显式迭代编制相应程序求解其数值解,计算结果表明,考虑流固耦合和不考虑流固耦合对页岩气开采过程中压力分布影响较大,考虑流固耦合情况下,压力降低趋势比不考虑耦合情况下要快,更符合实际开采情况.流固耦合现象对页岩气渗流过程影响较大,页岩气开采过程中必须考虑流固耦合影响.     

内嵌百叶板换热器的壳程流动与传热特性

针对普通弓形板换热器折流板后易出现流动死区的现象,对折流板进行优化设计,并提出一种内嵌百叶板换热器.应用计算流体力学软件Fluent得到内嵌百叶板换热器壳程流场分布,并与普通弓形板换热器进行对比,分析百叶角度与百叶数量对换热器性能的影响.结果表明:与普通弓形板换热器相比,百叶可引流部分流体通过折流板,使内嵌百叶板换热器内流动死区面积明显减小,流场分布更加均匀,具有明显的减小壳程流体压降及提高壳程传热系数的作用;在研究范围内,当百叶角度为60°,百叶数量为每组4片时,换热器的综合性能最佳,综合评价因子可达1.76~2.05.     

油液弹性模量对高压叶片泵性能的影响

输出流量均匀性和噪声等级是衡量泵性能的重要参数.从分析叶片工作腔压力变化出发,对泵的工作腔预升压过程进行了建模,计算出了预升压工作腔的压力、压力梯度及泵的瞬时流量随油液的体积弹性模量变化的曲线.结果表明,随着油液体积弹性模量的下降,泵的流量脉动及流体噪声均增大.在实际使用中可以通过充分去除油液中的气泡、减小配流气穴,提高油液体积弹性模量,减小流体噪声.     

黄原胶在热管生物反应器中传热数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,研究了多种因素对黄原胶水溶液在传统反应器与热管生物反应器中传质与传热状况的影响,通过数值模拟得到了反应器中流动场、温度场和全釜死区分布.结果显示:经典最大叶片式桨及改进最大叶片式桨都具有"双循环"流型结构,在釜内形成了良好的主体循环流动,有利于改善反应器内的传质与传热,验证了热管的使用没有对反应器中的流动场造成严重的影响;而温度场的比较则表明:热管的使用明显提高了反应器的传热性能,使反应器中的整体温度有明显下降.     

空调冷凝器的数值模拟及分析

以R22为制冷工质,根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等热力学基本定理建立了空调冷凝器的稳态分布参数模型.在空调系统设计工况下,对冷凝器过热气体区、气液两相区和过冷液体区分别进行了模拟计算.根据计算结果分析了冷凝器的流动和传热特性,结果表明气液两相区对冷凝器流动和传热的影响较大.与冷凝器的实际尺寸对比表明,模拟计算的结果是合理的.     

高粘流体流动沸腾传热实验及流型

在垂直管内用高粘假塑性流体进行了流动沸腾传热实验,观察到一种新的流型,建立了流动沸腾传热给热系数关联式.     

井筒内超临界多元热流体注入过程的数值模拟

在稠油热采过程中,提高注入工质的流动参数可显著增加采收率。为评价超临界多元热流体注入井筒后的流动传热特性,建立了相应的计算模型,得到了井底温度、压力与沿程热损失随注入流量、井口温度及井口压力的变化规律,并与注入超临界蒸汽情况下的流动传热规律进行了比较。结果表明,井底参数与注入流量呈单调关系;井底压力与井口温度、压力亦呈单调关系;而其他井口、井底参数的组合呈现出复杂关系。相同井口压力条件下,为使井底参数达到超临界状态,超临界多元热流体的井口温度和注入量高于注入超临界蒸汽的情况。适当选取较低的井口压力,可以减少热损失,提高经济性。所得结果可为注入工质参数的选取提供参考,进而为海洋稠油开发中的能源与动力保障的研究及设计明确需求。     

变系数二阶流体在偏心环空中非定常流压力梯度的数值计算

建立给定流量条件下变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的瞬时压力梯度方程,给出这种流动的时均压力梯度公式及相应的数值计算方法;以HPAM水溶液为例,对其在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的时均压力梯度进行数值计算和室内试验。结果表明:环空偏心度对时均压力梯度有明显影响,内管冲程和冲次对时均压力梯度的影响不明显;试验验证了时均压力梯度公式及相应数值计算方法的正确性。