风沙跃移中颗粒冲击起动的数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的Euler-Lagrange数值模拟方法,对风沙跃移中颗粒冲击起动过程进行了数值计算.在模型中,把气相视为连续介质,在Euler坐标中建立控制方程,对离散颗粒采用Lagrange方法模拟,颗粒间的相互碰撞作用采用软球模型描述.计算结果表明该模型可以模拟出风沙运动中颗粒冲击床面的动态起跳过程,并且与均匀平整床面相比,在非均匀床面上的颗粒更易碰撞起跳,也更具有随机性.这进一步揭示了风沙运动中颗粒碰撞起跳机理.     

风沙流中基于宏观颗粒模型的沙粒浓度分布

风沙侵蚀是造成土地沙化和干旱区地貌的主要原因,其中沙粒的浓度分布是研究输沙量、颗粒碰撞、风沙流结构等特征的主要影响因素,也是了解颗粒碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重要研究内容。为了考虑沙粒与气流的力平衡、阻力和扭矩的变化、碰撞及摩擦等影响,运用了一种新的宏观颗粒模型(macroscopic particle model, MPM)研究沙粒在气流中的运动。与前人研究结果进行比较后发现,宏观颗粒模型在不需要任何附加模型的前提下,能实现风沙两相耦合的准直接数值模拟,根据沙粒运动速度云图所示的风沙流运动状态的不同,沙粒浓度的垂向分布会出现结论不一致的现象。颗粒流系统的内在非线性是造成风沙流运动状态不均匀、不一致的主要因素。数值模拟结果表明,利用MPM模型中的离散颗粒追踪、颗粒速度和位置等信息能够研究多相流条件下的风沙运动机理。     

欧拉颗粒流模型下的近床面风沙跃移速度分布特征

风沙运动中沙粒速度是风沙物理学研究的重要内容,为反映风沙流运动中沙粒相浓度变化及沙粒的速度分布,从多相流的角度出发,运用二维欧拉颗粒两相流模型对风沙的流动过程进行模拟.通过对比实验中沙粒的体积浓度随高度的变化,验证了模型的准确性,并在此基础上对沙相的运动信息进行统计分析,得到近床面风沙流的沙相速度分布.统计结果表明:在风沙跃移过程中,沙粒体积分数随高度的变化呈指数衰减,并在近地面附近出现浓度饱和层,饱和层沙粒体积分数的数量级为10-7,且在饱和层上方浓度衰减加快.通过对体积分数大于等于10-7的沙粒速度信息进行统计,得到不同时刻沙相速度分布,并给出相应的速度分布概率密度函数.     

风沙流中静电力对剪切力的影响

根据模拟的风沙跃移层中风速廓线分布结果,讨论了电场力对风沙流中气载剪切力和颗粒作用于单位体积气流的体积力的影响.结果表明:沙粒带正电荷时的气载剪切力和颗粒作用于单位体积气流的体积力最大,不带电荷时次之,沙粒带负电荷时的气载剪切力和体积力最小.     

风力发电结构在风沙荷载激励下的动力响应分析

为研究风沙荷载对风力发电结构的危害,对风力发电结构进行风沙荷载作用下的动力响应分析.基于某2 MW风力发电机,建立不考虑风机叶片、考虑叶片旋转以及考虑土-结构相互作用的三种有限元模型.采用Dav-enport风速谱和谐波叠加法模拟脉动风速时程,利用动量守恒定律和风沙流密度建立风沙荷载力学计算模型.通过ANSYS分别模拟...     

大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

风沙环境变量相似理论及其应用研究

为研究工程材料在室内模拟环境侵蚀实验结果与室外实际冲蚀环境下损伤结果的对应关系,通过实际风沙环境统计结果、沙尘浓度与下沙率的转化关系,在相似理论的基础上,提出风沙环境变量相似理论(SEMS).该理论可分析室外实际冲蚀环境和室内模拟冲蚀实验的变量(沙尘浓度、冲蚀速度)换算,求解出实际冲蚀时间和室内模拟冲蚀时间的比例关系,为室内模拟结果评估实际风沙环境中材料耐久性提供依据.以风沙环境中水泥砂浆耐久性为例分析了风沙环境变量相似理论的具体应用.     

基于多通道风洞实验的数值模拟研究

风洞不仅是航空航天发展的保证,也是风沙物理学研究的重要依托.对于风沙地貌、风沙环境的研究以及防护治理都有举足轻重的作用.以建设多通道风洞实验平台为背景,通过在UG中对平台进行建模,再利用商用软件ANSYS对三种不同进风口角度的风洞模型进行数值模拟分析,对比在三种不同角度情况下风洞实验段中的流体流线分布情况、流体速度矢量场分布情况及流体压力场分布情况,确定了最佳进风口角度的风洞模型,为后期建设提供了有力的技术支撑和理论基础.     

基于球元重建与大涡模拟耦合并行算法的数值模拟

为了更好地模拟柱形颗粒与石英砂的流动,利用球元重建方法对柱形颗粒进行球元重建.采用大涡模拟中的SGS(sub-grid scale)亚格子模型,对柱形颗粒造成的湍流进行解析.模拟中耦合并行算法,缩短了模型计算时间.基于上述方法,模拟了表观气速为1.5 m/s的柱形颗粒与石英砂的混合流动过程.通过流动瞬时图像和压力脉动分析表明,模拟结果与实验结果相似,表明耦合并行算法能较好地模拟流化床中柱形颗粒与石英砂的流动.当柱形颗粒尺寸较大时,加剧了湍流效应对混合流动的影响.模拟的z方向气体平均速度呈现中间高两边低的对称分布状态,这与床内的气泡和柱形颗粒分布有关,符合实际流化规律.     

风沙环境下水平轴风力机的转矩特性

在保证外场实验风力机风轮几何相似、运动相似的条件下,结合RNGk-ε湍流模型和DPM模型求解三维不可压缩雷诺平均N-S方程,对外场实验机组的缩比模型进行数值计算,采用虚拟风洞的方法研究了风沙环境下模型风轮的转矩特性,得到在某一风速时,模型风轮的转矩随沙尘颗粒粒径和体积分数变化的规律,并通过与洁净空气时风轮的转矩进行对比分析,研究风沙流对风力机输出转矩的影响规律.研究结果表明,风沙环境会引起风轮转矩的增加,风轮转矩随沙尘体积分数的增大先增大后减小,随沙尘颗粒直径的增大,先增大后减小,最后趋于平稳,沙尘颗粒直径对风轮转矩的影响存在一个敏感区域,沙尘体积分数越大,该敏感区域越大;风沙流对风力机叶片的流动状态影响较小,当绕翼型的流动为湍流流动时,沙尘颗粒的存在会加剧流动的紊乱性,当为层流流动时,沙尘颗粒对流动的扰动较小,反映出较好的跟随性.     

高邮凹陷有效砂岩输导层分布及控藏作用

有效砂岩输导层是指经历过油气运移的砂层,据油气显示和油气包裹体识别有效砂岩输导层,同时结合烃源岩的分布、砂层的空间位置以及构造背景来分析有效砂岩输导层的分布。结果表明:高邮凹陷有效砂岩输导层具有分带性和分层性的分布特征:在北部斜坡带,阜一段主要分布在其顶部砂层段,具"广而薄"的特点,阜三段主要分布层段从内坡带向外坡带逐渐抬升,内坡带全段分布,而在中、外坡带集中在中上部的砂层段;在断裂带,戴一段主要分布于阜四段有效烃源岩分布区内,而戴二段分布较局限,主要沿油源断层分布,具有"窄而厚"的特点。高邮凹陷有效砂岩输导层的分布受沉积相带、构造背景、有效烃源岩的分布以及源岩与输导层接触关系、油源断层、区域盖层和辉绿岩的侵入等多种因素控制。有效砂岩输导层控制着高邮凹陷斜坡带油藏的分布位置和层位,有效砂层的顶面形态控制了油气优势运移路径,有效砂岩输导层、有效烃源岩和输导动力场的优势配置控制油气富集。     

三角洲平原水上分流河道砂体识别与刻画—以大牛地气田大47-大70井区山西组为例

为精细刻画大牛地气田大47-大70井区山西组三角洲平原沉积砂体的时空分布关系,通过岩心、测井等资料对密井网区单河道砂体的垂向和平面标志进行识别,拟合砂体厚度与宽度的关系。在Petrel软件里以井点处砂厚值为依据,利用优质地震属性值作为趋势面控制,生成带有地震属性预测性质的砂厚图,从而对稀疏井网区砂体及沉积相平面分布特征提供指导。结果表明,单河道砂体垂向分界面的识别标志主要为泥质沉积间断和钙质沉积间断,平面识别标志主要包括河道间沉积、高程差异、侧向叠加和"厚-薄-厚";河道单砂体的厚度与宽度存在较好的指数关系;均方根振幅属性与井点处砂厚值相结合的方法能更好地反映砂体平面分布特征。可见单砂体的识别与刻画对目标区的砂体和沉积相分布研究具有重要意义。     

输沙量对海岸沙丘表面风沙流中不同粒径沙粒垂向分布的影响

 在我国海岸沙丘的典型分布区河北昌黎黄金海 岸,对不同输沙量下海岸沙丘表面风沙流中不同粒径组沙粒垂向分布的变化进行了野外观测。结果表明,在风速相近、物质组成一 致和下垫面性质相同情况下,随着风沙流总输沙量的增加,在非均匀沙床面上不同粒径组沙粒的垂向分布呈现出了不同的变化特点 。其中,随总输沙量增加粗沙输沙量总量并无增加,其输沙量下层减少、中层增加、上层减少,垂向分布转变为典型负幂函数模式 ;中沙在不同高度的绝对输沙量均有增加,相对输沙量下层（0~4 cm）减少、上层（4~60 cm）增加或基本持平,其垂向分布基本 符合指数递减规律,尤其是在0~60 cm高度内的分布随总输沙量的增加由负幂函数转变为指数函数;细沙输沙量总量和不同高度的 输沙量均有不同程度的增加,相对输沙量下层（0~6 cm）减少、上层（6~60 cm）基本持平或增加,垂向分布符合典型的指数函数 布模式。究其原因,主要应与不同风速气流的携沙极限以及不同粒径组沙粒的运动方式密切相关。     

粘土在松散型砂中分布状态的研究

基于应由粘土在松散型砂中的分布状态来评价混砂质量的想法,本文提出了一种观测型砂颗粒截面以研究粘土在砂粒表面分布的实验方法.在不同混砂时间时,对砂粒表面粘土膜的厚度、粘土膜的均匀性和型砂中的成膜粘土量进行了测量及计算,获得粘土分布随混砂时间而变化的规律,并与型砂性能的变化相对应.     

萨北开发区井网密度对河道砂体的控制程度

合理的井网是油田开发所面对的最重要的问题之一。不同规模的河道砂体,开发所需要的井网密度是不同的。研究表明:大型河道砂体规模较大,井网加密后河道形态变化较小,基础井网时就能控制住砂体的分布特征。一次加密井网能控制住中型河道砂体的分布特征,小型河道砂体,砂体不发育,只有二次加密或聚驱井网时,河道砂体的分布才能控制住。其研究成果对油田开发方案制定及开采措施调整具有重要的意义。     

层间非均质砂层石油运移和聚集模拟实验研究

层间非均质砂层石油运移和聚集二维模拟实验证实 ,在各种因素的影响下 ,各砂层的油水分布范围和油水界面存在着很大的差异 ,层间非均质性对砂层的油水分布和含油饱和度起着至关重要的作用。由于层间非均质性的存在 ,可以使高渗透率的砂层为好油层 ,而渗透率相对较低的砂层为差油层 ,甚至为水层。当砂层上倾方向不存在封堵条件时 ,存在着使某些砂层含油范围和含油饱和度发生变化的注油速率临界值。若注油速率小于该临界值 ,无论注油量多大 ,该砂层也不能成为含油层 ,只能成为油水同层或水层 ;反之 ,可以成为含油层。当油气沿高渗透砂体和开启性断层从下部进入上部并充注其侧面的储层时 ,由于浮力的作用 ,油气并不一定进入下部渗透率最大的砂层 ,而是优先进入上部渗透率较高的砂层 ,从而出现渗透率较高的砂层含油饱和度最高 (为含油层 ) ,而渗透率最高的砂层含油饱和度反而较低 (为油水层 )的现象     

莫西庄地区三维工区非线性反演与砂体识别

准噶尔盆地中部莫西庄的侏罗系三工河组储层砂体在纵向、横向上变化大,且物性不均匀。本文通过对钻井、测井、试油等地质资料的分析研究,以三维地震资料为基础,采用地震高分辨率非线性三维整体反演方法,对多种参数进行了反演和处理,获得了反映砂岩分布特征的速度、密度及伽马等属性参数的三维数据体,并综合地质资料进行沉积分析、砂岩累计厚度和有效砂岩累计厚度及储层分布研究。通过物性特征分析,建立了识别和评价三工河组砂体的物性标准,利用岩性划分标准和地震多属性数据,提取出三工河组砂体和有利砂体的空间展布特征。三工河组砂岩和有利砂岩发育,并以条带、砂坝和席状砂形式展布,展布方向与区域沉积方向一致。其中三工河组优质储层段J1s21和J1s22厚度较大,具备良好的物性条件,具有较高的产储能力和勘探开发前景。     

沙粒粗糙度和粒径分布的分形特性

提出了一种度量沙粒粗糙度和沙粒粒径分布的分形维数的计算方法,用分规法和周长面积法度量沙粒平面剖面线的不规则性,用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布模型分析研究沙粒粒径分布的规律。结果表明：沙粒的表面粗糙度越大,其分形维数越大;沙粒组成中的细沙越多,其分形维数越大。同时表明分形几何可用于不规则图形和破碎模型的定量研究。     

子波分解技术在肇源南地区的应用——以FI1油层储层预测为例

肇源南地区位于二级构造单元朝阳沟阶地和长春岭背斜带之间。该地区扶余油层河道砂体以条带状、透镜状出现,横向上连通性极差、纵向多层错叠连片。由于FI1油层组河道砂体单砂体厚度相对较薄,平面展布规模相对较小,又由于其在地震剖面上处于T2强轴下部,很多砂体信息无法从地震上识别出来。因此选取子波分解技术,针对不同情况的目标地质体选择不同频率的地震子波,重构新的地震剖面和数据体,并依据重构后的数据体来进行目标地质体砂岩预测。以此方法将FI1油层组砂岩展布特征有效地预测出来。