壁流式过滤体捕集微细颗粒过程的数值模拟

压降是评价过滤体性能的重要指标。针对壁流式过滤体捕集微细颗粒物的过程,建立了描述通道内流场和颗粒层分布的一维非稳态模型。通过数值计算,研究了颗粒层滑移对颗粒层分布和过滤压降的影响,同时研究了过滤体结构参数与来流参数对过滤压降的影响。研究结果表明:颗粒层分布直接影响过滤压降,随着颗粒层滑移效应的加强,颗粒层由平坦转向直线递增型分布,过滤压降则先增后降;增加过滤体长度有助于降低过滤压降;增加过滤体孔目数,增加了过滤体工作初始阶段的压降,但可降低高颗粒沉积量时的过滤压降;此外,随来流流量和颗粒浓度的增加,过滤压降增加。     

表面型低温过滤器的滤饼特性实验研究

通过搭建的低温不锈钢丝网过滤器过滤特性实验台,采用液氮为待净化的液体,二氧化碳为杂质成分.进行了过滤器表面的滤饼特性测试,实验测试了不同的工况下,恒速过滤和恒压过滤时的液氮流量和过滤器前后压降.根据过滤理论,分析了恒速和恒压过滤的特点,并根据达西定律推导出压降公式和t/V-V曲线,分别计算恒速和恒压过滤阶段的滤饼比阻和过滤介质阻力.结果表明,不锈钢丝网过滤器能有效净化液氮中的二氧化碳颗粒,且所得的滤饼可视为不可压缩的,滤饼比阻和过滤介质阻力在各个阶段均可视为定值,其计算值弥补了低温下滤饼特性数据的不足.     

陶瓷过滤器元件内的流动与结构设计准则

用一维定常流动模型研究了陶瓷过滤元件内的流动与压降规律。在此基础上,得到了陶瓷过滤器元件的内径与长度之比Ｄ／Ｈ应该遵守的两个准则,然后,用ＰＨＯＥＮＩＣＳ通用软件计算了陶瓷过滤器元件的三维定常流动。三维数值计算结果与一维定常流动模型的计算结果吻合,证明了作者推导的两个准则对于陶瓷过滤器的结构设计具有指导意义。     

新型纤维过滤器的研究

由于空气洁净技术的迅速发展,研究和开发新型过滤器成为一个重要课题。建立了新型纤维过滤器的结构设想,同时建立了过滤器的物理模型及过滤阻力和过滤效率的数学模型。运用数值计算方法,解出气流在过滤器通道内的三维流场及过滤阻力;运用气溶胶粒子的“极限轨迹法”和“概率密度法”求得过滤效率;通过对八种不同开孔率和厚度的新型过滤器样品进行过滤阻力和过滤效率的实验研究,并与数学模型的预测值进行对比,验证了所建模型的正确性文章还分析了过滤器结构参数和运行参数对过滤阻力和过滤效率的影响规律。     

褶型气溶胶过滤器过滤阻力与结构参数关系

对褶型气溶胶过滤器过滤阻力进行理论计算及实验测试.在对速度函数假设的基础上,对Navier-Stokes方程进行压力求解.采用缝隙宽度上压力平均值的概念,提出一个用于求解褶型过滤器过滤阻力的方法,得出褶型气溶胶过滤器过滤阻力的解析解,理论计算结果与实验测试基本吻合.研究表明,减小褶距或增大褶高可增加过滤介质面积,减小过滤器介质过滤阻力;但是,过滤器结构阻力也将增加,褶型气溶胶过滤器阻力与单位长度褶数存在最佳值.     

舌体一维传热模型解析解及舌温与血液灌注率的关系

结合中国传统医学理论，以猪舌为实验对象进行了生物传热的研究与计算．采用药物进行“动物造模”改变舌体的血液灌注率，测得不同血液灌注率下相对应的舌面温度，首次得到舌血液灌注率与舌面温度之间的函数关系．对猪舌动、静脉的血气分析，计算得到了舌体的代谢热．根据舌体的传热特点，以实验数据为依据，对Pennes模型进行简化，建立了舌一维传热方程，并获得其在不同血液灌注率下的解析解，结果表明，通过一维传热模型求解所得到的舌面温度与实验值基本吻合．此研究提供了较准确的生物物性参数，并为生物传热模型的建立与计算提供了方法和经验．     

非织造滤材白细胞过滤模型研究

根据白细胞过滤过程中的质量守恒方程、白细胞浓度递减律,引入过滤系数,建立起血液中白细胞浓度关于过滤系数、滤材厚度、滤材面积、滤材最大捕获量及滤材过滤量的数学过滤模型。通过过滤模型计算得到的仿真值和实测的过滤效率具有很好的一致性。所建立的过滤模型可在理论上指导白细胞过滤器的设计和优化。     

基于CFD-DEM的固液分级过滤模拟

采用计算流体力学(CFD)和离散单元法(DEM)耦合的方法,在不同滤层结构的三维随机堆积颗粒层过滤器内进行固液分级过滤的数值模拟研究。实验结果表明,过滤效率的模拟计算值与实验值吻合良好,压降值的偏差在Ergun方程允许误差范围内。过滤器的容垢能力用计算模型的颗粒沉积均匀度表示,并拟合得到沉积均匀度的关联式。颗粒沉积分布的模拟结果显示：单层细滤料过滤器的颗粒沉积主要发生在近入口处,容垢能力较低;分级过滤器的细滤料层保证了高过滤效率,粗滤料层则提供了较大的容垢能力。     

横向能量及入射角度对多势垒结构共振传输的影响

利用一维多势垒结构模型推导出透射系数的表达式,并计算了一维四势垒结构在不同的横向能量及不同的入射角度下对共振传输的影响.通过计算可以看出多势垒结构相当于过滤器,对入射粒子可以起到一个过滤作用,可以通过控制入射粒子的横向能量及入射角度使得只有具有一定能量的粒子通过,从而可以选择出具有不同能量的粒子.本文在对晶体电子散射及电子光谱学领域的分析具有一定的帮助.     

除尘用圆笼式过滤器流体力学模型的研究

根据圆笼式过滤器的结构建立其流体力学模型,并在清洁状态时对其横截面和过滤通道内的空气流速与过滤阻力等性能指标进行了分析与测试。研究表明:其各项过滤性能指标的理论与实测值具有较好的一致性。空气在过滤通道内的风速与距进口的距离呈非线性关系,通道内各横截面上的过滤风速沿管道长度方向呈现倒抛物线形式分布。该模型的建立对进一步提高和改善圆笼式空气过滤器的过滤性能具有重要的参考价值。     

滤材结构改进的研究

本论文根据含杂胶液在多孔介质中的流动理论和胶液过滤机理,提出了适于胶液过滤的滤材结构模型和致密度分布,并用实验加以论证。结论是:在滤材过滤方向上采用含两层致密度不同的滤材,其中针刺层提供强力保障,这种改进后的滤材既能增加过滤量,降低压力降,又能保证被滤胶液的质量,是一种更合理的首用于胶液过滤的复合非织造布过滤材料。     

煤层气多分支水平井井筒压力及入流量分布规律

运用流体力学相关理论,结合质量守恒和动量守恒方程,推导考虑多分支水平井井筒内摩擦压降、加速度压降和混合压降的井筒压降模型,建立煤储层渗流与多分支水平井井筒内变质量流耦合的数学模型,并对其进行求解;在此基础上对煤层气多分支水平井主井筒及分支井筒的井筒压力及入流量分布进行研究。结果表明:开采期间,煤层气多分支水平井主支和分支井筒的压力均随距跟端距离的增大而增大,但主井筒压力增加的幅度越来越小;在开采前期,煤层气多分支水平井主井筒入流量分布曲线呈上凸趋势,在开采后期则呈下凹趋势;各分支井筒入流量在开采前期呈U型分布,在开采后期呈倒U型分布。     

新型旋流分离一体机的分离性能分析

针对旋流器无法对粒径在10 μm左右的固相颗粒进行有效分离的问题,提出了一种过滤分离与旋流分离相结合的新型结构,并对内部流体速度场、压力场的变化和空气柱的稳定性进行了数值分析,对过滤介质的过滤通量和分离效率进行了实验研究.发现在相同操作参数和结构参数下新型旋流分离一体机具有更稳定的内部流场,内部速度、压力降更大,当粒径大于5 μm后旋流分离一体机的分离效率迅速提高,在10 μm 左右的固相颗粒的分离效率能够达到65%~85%,而实验所用普通旋流器的分离效率在60%以下.     

裂缝-孔隙型双重介质气藏开发影响分析

为了研究裂缝孔隙型双重介质气藏开发特征,建立了考虑应力敏感、气体滑脱效应和高速非达西流的裂缝孔隙型双重介质气藏渗流模型,通过数值模拟分析了不同渗流效应对气井生产的影响。结果表明,当窜流系数大于等于10^-6时,双重介质气藏与等效均质气藏的生产特征基本一致,此时可以运用分析均质气藏的方法和理论来研究双重介质气藏。气井生产早期,应力敏感对井底压降和稳产期的变化规律影响不大;气井生产中后期,应力敏感作用增强;窜流系数越小,应力敏感对井底压降的影响越早表现出来,对稳产期的影响也就越大。气井生产初期,高速非达西渗流对井底压降影响很小,气井生产中后期,高速非达西渗流对井底压降的影响增大;窜流系数越小,高速非达西渗流效应影响越早显现出来,对井底压降和稳产期的影响也就越大。裂缝孔隙型双重介质气藏虽然存在气体滑脱效应,但由于储层及井底压力相对较高,气体滑脱效应对裂缝孔隙型双重介质气藏气井生产的影响很小。     

长纤维高速过滤器的运行动力学研究

为对长纤维高速过滤器的模拟分析、运行控制及效果预测提供理论依据,在深入分析长纤维高速过滤器深层过滤机理及积泥形态的基础上,结合试验观察,借鉴半经验、半理论模型,建立了用以表征长纤维高速过滤器运行特性的水头损失方程及传质动力学模型.通过大量试验测定和对初始滤速为30 m/h时的模型计算与实测结果的比较表明,除沉淀出水过滤前期滤出水浊度计算值与实测值误差较大外,其余各范围计算值均吻合良好,证明了假设的合理性及模型的有效性.     

高含水期原油低温集输温度界限模型研究

随着油田进入高含水期,原油流动特性发生了较大变化,而传统的集输工艺流程能耗较高,为了降低集输能耗,急需对管道低温集输温度界限进行研究。因此,在华北油田测试区块建立了可视化试验装置,研究实际生产过程中高含水原油低温集输特性和温度界限。研究结果表明,随着集油管线温度的降低,存在3个压降变化的转折点,其中压降增加率突变点和压降峰值点所对应的特征温度可作为低温集输的温度界限,据此拟合得到了满足实际生产需求的黏壁温度回归模型。基于所得模型,针对不同工况下低温集输的温度界限进行了预测,并据此创建了低温集输可行性的图示判断工具。所得结果对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。     

压力突降过程中高压氟利昂R113液体蒸发传热特性

为揭示高压R113流体在压力突降过程中的热动力学变化特征,通过数值模拟的方法研究了压力容器或者管道发生破裂时发生的剧烈降压蒸发相变过程。结果表明:在降压过程中高压氟利昂溶液表面温度变化可大致分为3个阶段:温度骤降阶段、温度回升阶段和温度维持阶段。降压过程中实验罐内压力变化经历了2个阶段:快速降压阶段和压力恒定阶段。降压蒸发过程中,初始压力越高,溶液的蒸发速率越快,温度下降也越快;初始温度越高,溶液温度变化曲线的斜率越大,液体的蒸发速率也越大。     

钻井用水力振荡器阀组压降计算方法研究

水力振荡器通过螺杆旋转驱动阀组运动,使过流面积发生周期性变化,导致阀组两端压降产生相应变化,从而产生周期性的轴向力,实现水力振荡效果。为较为准确地得到水力振荡器阀组两端压降,根据阀组流道的结构,建立阀组流道有限元模型。运用滑移网格和Realizable k-ε湍流模型对不同尺寸的阀组组合进行流体仿真分析,并结合试验数据验证仿真模型和结果的正确性。仿真结果对水力振荡器的阀组的参数设计有重要的指导意义。     

水平井筒流体变质量流动压力梯度模型

建立了水平井筒油藏流体从管壁流入时孔眼段流体压力梯度模型 ,讨论了井筒有效管壁摩擦系数对流体压力梯度的影响。在此基础上 ,建立了同时考虑井筒流体流动和油藏渗流的井筒油藏耦合模型 ,该模型将Dikken模型中沿整个水平段单位长度生产指数为常数的假定进行了推广。在给定条件下对压力降模型进行了讨论 ,计算了单个孔眼段的压力损失。计算结果表明 ,水平井段较长或产量较高时 ,水平段流体压力降比较明显。     

适于无源阵列跟踪的粒子滤波交互多模型算法

针对无源阵列被动跟踪效果较差的问题,融合交互式多模型和粒子滤波方法,提出了一种基于粒子滤波的交互多模型(IMM-PF)算法。该算法采用多模型结构跟踪目标的任意机动;各模型采用粒子滤波算法处理非线性、非高斯问题。各模型中相对固定数目的粒子群经过相互交互、粒子滤波后再进行重抽样以减少滤波退化现象。在交互阶段,对各模型的相应粒子进行输入交互;在滤波阶段,抽取N个采样点,得到估计采样,从而求得估计输出和有关函数;在混合阶段,获得状态向量的后验条件概率密度函数,通过这个后验概率密度便可获得状态向量的估计量。与典型的交互式多模型算法(IMM-KF)进行了比较,计算机仿真结果证实了本文新算法的正确性和有效性。