液体管道瞬变流摩阻的计算方法

在液体管道瞬变流计算中,传统的拟恒定摩阻模型不能准确描述瞬变流的真实物理现象。多年来人们一直在研究瞬变流摩阻的精确表达式和计算方法。总结了液体管道中瞬变流摩阻的计算方法,着重阐述了瞬变流非恒定摩阻问题的主要研究成果,介绍了几类有重要价值的非恒定摩阻模型及相应的应用范围,并给出了各类模型进行数值计算的思路,最后通过算例验证了非恒定摩阻模型比传统的拟恒定摩阻模型能更精确地模拟液体管道瞬变流压力波的衰减和波形畸变。     

液体管道瞬变流摩阻的计算方法

在液体管道瞬变流计算中,传统的拟恒定摩阻模型不能准确描述瞬变流的真实物理现象。多年来人们一直在研究瞬变流摩阻的精确表达式和计算方法。总结了液体管道中瞬变流摩阻的计算方法,着重阐述了瞬变流非恒定摩阻问题的主要研究成果,介绍了几类有重要价值的非恒定摩阻模型及相应的应用范围,并给出了各类模型进行数值计算的思路,最后通过算例验证了非恒定摩阻模型比传统的拟恒定摩阻模型能更精确地模拟液体管道瞬变流压力波的衰减和波形畸变。     

有压管道的非恒定摩阻模型

在有压管道水击计算中,传统准恒定摩阻模型不能准确描述快速瞬变流动过渡过程。该文介绍在快速瞬变流数值模拟中应用最为广泛的两类非恒定摩阻模型:物理理论基础模型和准恒定流经验修正模型,前者以引入历史速度权函数为特点,后者考虑非恒定流加速度对摩阻项的影响。该文比较了两类非恒定摩阻模型的优缺点、适用范围以及研究发展方向和待解决问题等,得出的结论是物理理论基础模型对于快速瞬变层流过渡过程有较好的应用性;经验修正模型则适用于高Re紊流快速瞬变过渡过程。     

有压管道的非恒定摩阻模型

在有压管道水击计算中,传统准恒定摩阻模型不能准确描述快速瞬变流动过渡过程。该文介绍在快速瞬变流数值模拟中应用最为广泛的两类非恒定摩阻模型:物理理论基础模型和准恒定流经验修正模型,前者以引入历史速度权函数为特点,后者考虑非恒定流加速度对摩阻项的影响。该文比较了两类非恒定摩阻模型的优缺点、适用范围以及研究发展方向和待解决问题等,得出的结论是物理理论基础模型对于快速瞬变层流过渡过程有较好的应用性;经验修正模型则适用于高R e紊流快速瞬变过渡过程。     

沙纹床面振荡流边界层的三维格子玻尔兹曼模拟研究

将壁面自适应局部涡黏(WALE)模型引入三维格子玻尔兹曼模型,对沙纹床面上的振荡流边界层运动进行了模拟,并与Smagorinsky模型的模拟结果进行了比较.结果表明,在振荡流沙纹床面模拟中,WALE模型与Smagorinsky模型均获得与已有实验结果吻合较好的垂向流速剖面,但WALE模型可以更好地反映粗糙紊流的特性.引入WALE模型的LB模型模拟得到的沙纹床面形状摩阻系数和肤面摩阻系数结果与前人数模结果一致,床面总摩阻力中形状摩阻相比肤面摩阻占主要部分.该模型可进一步应用于振荡流作用下沙纹床面紊流边界层运动特性的系统研究.     

相似雷诺数法在滑溜水压裂管柱摩阻测试中的应用

为了合理计算现场压裂管柱沿程摩阻,利用雷诺数相似的方法,得出现场滑溜水管柱摩阻系数与室内管柱摩阻系数关系式及现场与室内的摩阻、排量和管长关系式。通过测定室内的滑溜水管流摩阻,计算现场施工的压裂管柱摩阻值。通过关系式结合现场试验验证,其计算管流摩阻值与实测管流摩阻值进行对比,计算管流摩阻值相对误差小于7%,该方法可以为页岩气大型滑溜水压裂摩阻预测提供计算模型。     

大位移井套管下入摩阻预测新方法

以往大位移井的套管柱摩阻计算没有考虑波动压力的影响,现在考虑波动压力影响的基础上优化了套管柱的摩阻计算模型,并以西江大位移井A22井为例定量计算了套管下入过程的摩阻。计算结果表明考虑波动压力的套管摩阻预测值比不考虑时更符合实测值,考虑波动压力的摩阻预测模型更适合作为指导套管下入的依据。另外在套管下入摩阻较大的关键井段,考虑波动压力的摩阻预测值比实测值仍然偏小,但偏小值在可控范围内,这可能是由于摩擦系数不合理或者井壁不光滑所致,需要进一步研究。     

管内两相流沿程摩阻压降与单相摩阻系数

在两相流动阻力计算中至今还是广泛使用均相模型和分相模型法．在这两种模型中，将两相流动摩阻压降归结为单相流体摩阻压降与相应的两相摩擦因子的乘积，从不同来源得到了两组公式，能够反映不同流态下水力摩阻系数λ。两组公式在全部雷诺数Re范围内的良好吻合，证明在用两相流的均相和分相模型计算摩阻压降时，选用其中任一组公式均可得到比较可靠的结果     

基于钻柱动力学的井筒摩阻系数预测与应用

井筒摩阻系数是钻井设计和施工阶段准确预测和控制摩阻扭矩的关键因素,对比摩阻扭矩的实测值与预测值可预防钻井事故的发生。为此,基于钻柱动力学摩阻扭矩计算模型,结合近钻头多参数测量仪实测数据,开展了大斜度井实钻条件下套管段和裸眼段摩阻系数的预测方法研究,结果成功应用于同类型邻井的三开钻进阶段摩阻扭矩分析与控制。现场应用结果表明,实钻井筒套管内摩阻系数0.27~0.29,裸眼段摩阻系数0.39~0.41,均高于经验值;案例井钩载和扭矩预测值与实际值的误差满足施工精度要求,依托摩阻扭矩预测图版实时监测实钻摩阻扭矩的异常变化,保障了该井顺利施工。研究结果可为大斜度井钻机设备优选、井身剖面优化和现场钻井施工方案决策等提供科学依据。     

小井眼长水平段水平井摩阻扭矩控制技术

小井眼长水平段水平井+ 分段压裂的开发方式在大牛地气田的开发中取得了理想效果,然而仍然存在一系 列的问题,尤其是水平段后期的摩阻扭矩控制问题。以理论分析和实钻工程特征为基础,建立了摩阻扭矩分段计算 模型,并对水平段长度、轨迹剖面、钻具组合和钻井液流变性等影响规律进行了分析,结果表明：随着水平段长度的增 加,钻进和起钻的摩阻扭矩均在增加,当摩阻扭矩不再增加时,此时便是水平段的极限长度;随着单增剖面靶前位移的 增加,摩阻扭矩增加;采用组合钻杆（?101.6 mm/?114.3 mm+?88.9 mm）既有利于水平段和大斜度井段携岩,同时又能 有效地控制摩阻扭矩;钻井液屈服值和塑性黏度越低,摩阻扭矩越小。将摩阻扭矩综合控制技术应用于DPH7 井,水 平段轨迹平稳,平均全角变化率1.79°/30 m。     

振动引起的界面切向相对运动对摩擦的影响

为了研究接触界面振动对摩擦的影响, 自主设计实验装置, 以在振动台上匀速滑动的滑块为对象, 采用理论与实验相结合的方法, 分析法向振动和切向振动引起界面切向运动减摩的机理。实验结果表明, 振动台的法向振动和切向振动经常同时存在。当界面振动, 且滑块与振动台之间的切向相对速度方向不变时, 滑块受到的平均滑动摩擦力与无振动时相同, 没有减摩作用; 当滑块与振动台之间切向相对速度的方向发生周期性变化或存在stick-slip (黏滑)时, 与无振动时相比, 滑块的平均滑动摩擦力有明显的减摩作用。根据Coulomb摩擦定律建立动力学模型进行仿真, 仿真结果与实验结果非常吻合, 说明在界面运动为已知的条件下, Coulomb摩擦模型能够反映界面间的摩擦作用。实验和仿真结果表明, 当法向振动和切向振动同时存在时, 振动引起的界面切向相对运动造成摩擦力方向的周期性变化或stick-slip是减摩的主要原因。     

用于静摩擦力计算的接触界面势能模型

为从理论上直接计算光滑接触平面的静摩擦力和静摩擦系数，从微观上探讨了同种金属材料摩擦副静摩擦力产生的机制，利用金属晶体的强体积效应特征构造出简化计算静摩擦力的接触界面势能模型，根据通用粘附能量函数计算接触界面势能的变化，利用能量原理计算出静摩擦力和静摩擦系数，并建立静摩擦力与固体表面能、材料微观结构参数等的关系．利用已有的试验数据进行计算，其结果具有明显的规律性，并且与超高真空原子力显微镜观察到的铜试样的试验结果吻合较好，表明所提出的方法可行．由于表面能可以灵敏地反映摩擦接触界面的状况，采用所提出的方法有望提高计算精度．     

考虑油膜阻力的直线滚动导轨副摩擦力建模与试验

为了准确预测直线滚动导轨副的摩擦力大小及受影响因素,本文考虑导轨副的流体润滑状态,基于Hertz接触理论研究了直线导轨副摩擦力受滚珠接触角和预紧力的影响规律.基于接触理论建立了直线导轨滑块的受垂直载荷的静力学平衡方程.利用Hertz接触理论分析直线滚动导轨受外力时各列滚珠接触力的变化情况,并结合对临界载荷的分析,建立了随外载荷变化的考虑润滑油膜阻力的直线滚动导轨副摩擦力模型.以国产某型号直线滚动导轨副为研究对象,对所建立的受载摩擦力模型进行试验验证.通过试验数据与理论数据的分析和对比,验证了润滑油膜阻力、接触角和预紧力等因素对直线导轨副摩擦力的影响规律.研究表明,直线滚动导轨副摩擦力在润滑条件下,受接触角变化和预紧力退化的影响呈现有规律的变化.     

基于粗糙路面接触理论的轮胎动摩擦特性研究

提出了一种基于路面特性的轮胎动摩擦特性模型,研究了接触压力、滑动速度、路面特性对轮胎作用力的影响. 基于GW改进接触模型,引入粗糙路面实际接触理论,结合滑动摩擦因数模型、一般轮胎理论模型建立了轮胎动摩擦特性模型. 定量评价了接触压力、滑动速度和路面特性对实际接触面积、轮胎动摩擦力的影响,同时指出了轮胎印迹产生的可能性状态区域. 仿真结果表明,基于路面特性的轮胎动摩擦模型能够准确地反映接触压力、滑动速度、路面特性在轮胎滑移状态下对轮胎作用力的影响.     

滚动轮胎接触摩擦行为的实验研究与数值分析

利用LAT 100型室内磨耗和牵引实验机测试橡胶轮试件在不同接触压力和滑动速度下的摩擦系数,得到表征胎面橡胶摩擦行为的摩擦定律.为验证所得摩擦定律的有效性,使用ABAQUS软件模拟考虑橡胶摩擦行为的橡胶轮试件稳态侧偏滚动过程,并将胎面橡胶摩擦定律应用于轮胎在较大侧偏角范围内侧偏滚动的
显式有限元模拟,考察了轮胎在不同侧偏角下的接地压力分布.结果表明,轮胎稳态侧偏响应的计算与实测结果吻合,且数值震荡控制在较小范围内.     

基于完善双线性迟滞模型的干摩擦阻尼系统动力学分析

针对接触正压力较大时干摩擦力主要表现出刚度特性的情况,结合已有文献的实验研究结论,对双线性迟滞模型进行完善。通过龙格库塔方法计算干摩擦阻尼系统的动力响应,结合傅里叶变换、庞加莱图及相图分析系统的非线性动力学特性。仿真结果表明,在干摩擦接触不脱离的情况下,系统没有出现分叉与混沌现象,稳态响应与摩擦力没有出现次谐波响应且高次谐波分量很小,证明了基于一次谐波平衡的等效线性化方法求解接触不脱离的干摩擦阻尼系统是较为精确的;得到了接触刚度、外激励幅值、正压力对干摩擦阻尼系统减振效果影响的规律,与相关实验结果基本相符。相关结论可为工程中干摩擦阻尼器的设计提供参考。     

滑动摩擦副疲劳损伤机理分析及试验系统的设计

分析了滑动摩擦副疲劳损伤的产生机理,指出疲劳损伤产生的根本原因是动应力状态。即使滑动摩擦部件处于磨合期之后载荷稳定的正常磨损期内,如果摩擦速度发生周期性交变,也会使摩擦副表面接触应力发生改变,产生动应力状态,从而造成摩擦副的疲劳损伤。设计了一种以摩擦速度为控制变量的对比摩擦试验装置,用来比较在等摩擦历程和相近摩擦功条件下,不同摩擦速度曲线对疲劳损伤的影响。干摩擦条件下的系统试运行结果初步验证了试验系统的可行性。     

双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的确定

通过考察双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的取值对接触表面的法向变形与法向载荷关系的影响,研究了磨削表面接触模型中微观摩擦系数的取值问题。采用表面轮廓仪测量磨削表面的轮廓数据,然后建立二维弹塑性有限元模型,计算不同微观摩擦系数时试样的法向变形与法向载荷关系。计算结果表明,接触表面间的微观摩擦系数对低面压下的接触变形影响比较大,载荷比较高的时候,摩擦系数的取值并不显著影响接触变形。在微观摩擦系数不为零时,法向变形与法向载荷关系曲线存在一个下陷区,摩擦系数越小,下陷区越小。与实验结果对比,发现忽略摩擦系数的计算结果与通过实验获得的法向变形与法向载荷关系最为接近,双粗糙表面接触模型中忽略微观摩擦系数比较合适。此外还根据计算结果研究了微观摩擦系数的取值对最高接触应力和真实接触面积的影响,发现忽略微观摩擦时,接触应力水平降低,真实接触面积有减小的趋势。     

基于人字齿轮啮合特性的滑动摩擦功率损失

以空间多重共轭啮合理论为基础,利用人字齿轮副轮齿接触特性与承载接触特性,提出一种计算人字齿轮滑动摩擦功率损失的方法。首先,利用人字齿轮副轮齿接触分析(TCA),获得人字齿轮齿面接触路径和印痕。然后,利用人字齿轮副承载接触分析(LTCA),计算得到啮合齿面瞬时椭圆长轴(接触点)上离散点的法向载荷和瞬时接触点的传动误差,把所得到的离散点载荷和传动误差分别转换成齿面瞬时接触点的法向载荷和相对滑动速度,二者与摩擦因数相乘得到人字齿轮瞬时接触点的滑动摩擦功率损失。最后,对人字齿轮齿面所有瞬时接触点的滑动摩擦功率损失进行拟合并积分,最终获得1对人字齿轮轮齿从啮入到啮出的滑动摩擦功损。     

应用有限元法对盘式制动器制动噪声分析

建立了某盘式制动器的有限元模型,利用线性弹簧力模拟制动摩擦面间的法向力, 摩擦力为线性弹簧力与摩擦因数的乘积.对系统进行复特征值分析, 根据复特征根实部为正值判断制动系统产生不稳定性, 即发生制动尖叫的倾向.计算结果表明,摩擦系数对系统制动噪声的形成有重要影响,制动噪声发生时系统具有模态耦合的特点.