离心泵新型轴向力平衡装置动态轴向力计算及设计方法

采用动静环内半径不变加大其外半径的方法,对轴向间隙为0.1~1.0mm时其内的液体压力分布、泄漏量、动环上轴向力进行了数值计算及分析.结果表明:轴向间隙液体压力沿半径方向逐渐增大,其关系曲线是斜直线,但动静环外半径与内半径比值和轴向间隙大小对其斜率有明显影响;在相同的动静环的外半径与内半径的比值时,隙径比增大,泄漏量系数具有先急剧增大然后趋于平坦的变化规律,而轴向力系数具有先急剧减少然后趋于平坦的变化规律.从控制轴向力减少液体泄漏量的角度,提出了过渡区隙径比可作为轴向间隙设计的理论依据.对平衡腔内不安装平衡装置时平衡腔液体压力进行了测试,对比分析了平衡装置减少轴向力的效果.     

膨胀黏土胀缩变形规律的回归分析

基于室内大量膨胀试验,对取自(湘)潭邵(阳)高速公路邵阳段的3种膨胀黏土的击实土样试验数据,进行了半对数线性回归分析,并研究了其胀缩变形规律。回归分析结果表明:膨胀力、膨胀量回归曲线线性相关显著,膨胀力与干密度的关系为正相关,而膨胀力与含水量及膨胀量与压力的关系为负相关。对于同一种膨胀黏土,含水量和干密度的大小是影响膨胀力、膨胀量大小的主要因素。同时,也对膨胀黏土的胀缩机理作了一些探讨。图5,表4,参7。     

基于环空带压的地下储气库老井泄露量预测研究?

针对老井渗透率难以获得的难题,建立了求解老井渗透率的环空带压数学模型,并给出其解析解。在此基础上,根据渗流力学理论,建立了真实描述天然气沿老井泄露的气水两相渗流模型,并采用全隐式解法进行求解。基于该模型研究了储气库运行压力、井筒渗透率、天然气黏度和井眼尺寸等参数,对储气库天然气沿老井泄漏的影响。计算结果表明,天然气沿老井的泄漏量随着储气库运行压力、老井渗透率和井眼尺寸的增加近似线性增加,随着天然气黏度的增加而逐渐减小。     

两相物质组成对泥石流固相流速特征的影响

固相颗粒流速是研究泥石流冲击力和防治结构荷载取值的关键问题。本文基于水槽模型试验,采用粒子图像测试技术提取了黏性泥石流表面固相颗粒流速,基于两相流模型探讨了浆体黏度、固相体积浓度与颗粒粒径对泥石流固相粗颗粒流速特征的影响。结果表明：泥石流龙头现象随浆体黏度与固相体积浓度增大而减弱;固液相相对运动随浆体黏度增加而减弱,大黏度与小粒径组合条件下消失;固相颗粒流速随浆体黏度与固相体积浓度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关。两相物质组成影响固相颗粒间的摩擦力与/或碰撞力、浆体施加的粘滞阻力、拖曳力与虚拟质量力,其对流速的影响还需进一步深入研究。     

基于水平集方法的共轴流型液滴形态关键参数研究

采用水平集方法对共轴流形的液滴成形进行计算和研究.以液-液两相流为研究对象，离散相为石蜡和庚烷混合物，连续相为纯水溶液.对离散相液体的进样速度、黏度和进样孔径大小分别进行了计算分析.离散相液体分别以15 ~ 48mm/s的速度进入半径1mm的圆孔通道，随着流速增大，喷射高度变长，周期规律性降低.同时提高离散相溶液的黏度可以有效降低液滴张力与拖曳力之间的作用时间，增大液滴生成频率和改善液滴均匀性.孔径大小直接影响进样口层流的入口速度，缩小孔径将使进样流速变化剧烈，挤压后的液滴生成尺寸相对较小.     

铝土尾矿泥浆逐级堆排沉积特性试验研究

通过量筒沉积试验分析了不同浓度的尾矿泥浆沉积变化历程及泥水分离规律,并根据矿山实际生产情况开展逐级堆排沉积柱试验,获取尾矿泥浆沉积后不同深度处的物理参数,从而得到逐级堆排下泥浆沉积特性,并采用灰色关联分析法分析各参数之间的影响。结果表明：铝土尾矿泥浆沉积稳定后泥水分界面高度与泥浆含泥量密切相关,与泥浆浓度无关,推测矿山常用排放浓度30%的泥水分离比为1:1.018;各堆排层间存在“锁水”现象,含水量、密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数和体积压缩系数等物理参数沿深度方向上存在逐级分段、各级相互独立的特性;且各物理参数之间存在相互影响的复杂关系,其中含水量对其它物理参数的影响显著,含水量对密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数的关联程度依次为：0.945、0.952、0.856、0.889。     

分布随从力作用下双参数非线性弹性地基上简支输流管道的参激振动

建立了非线性Pasternak地基上分布随从力作用下输流管道在振荡流作用下的运动方程,采用Galerkin法将系统的偏微分方程离散为常微分方程组。计算了简支输流管道的非线性动力响应,并利用分岔图、相平面图、Poincare映射图,分析了分布随从力、平均流速、地基剪切刚度对系统周期运动和混沌运动的影响。结果表明:以分布随从力为分岔参数,系统交替出现混沌运动和周期运动;以平均流速为分岔参数,系统具有非常复杂的动态响应,出现大范围的混沌运动和倍周期运动;增大地基剪切刚度不仅可以增加系统的稳定性,同时还对混沌运动有抑制作用;随着随从力增大,系统的稳定性下降。     

干密度和含水量对重塑黄土抗剪强度特性的影响研究

为阐明生产建设项目回填土边坡抗剪强度与土壤含水量和干密度的关系,以陕西省西安市周至县活龙山研究区土壤(典型黄土)为研究对象,根据实地调查取样,采用击实法制备3个密度梯度、7个含水量梯度的21组供试土样,进行直剪试验,分析土壤干密度与含水量对重塑土抗剪强度指标的影响。结果表明:在密度相同的条件下,重塑土的内摩擦角随着含水量的增加整体呈现下降趋势,当含水量过大时出现小幅跃升现象;土壤内摩擦角随干密度的变化规律不显著。土样粘聚力与干密度呈正相关,与含水量呈负相关,且含水量较低或密度较大时,粘聚力的变化幅度较大。土壤抗剪强度与干密度均呈线性正相关,与含水量呈负相关。说明干密度和含水量对重塑土抗剪强度特性有较大影响;干密度主要通过粘聚力影响抗剪强度,而含水量则通过粘聚力和内摩擦角共同影响抗剪强度。     

高速通道压裂过程中支撑剂运移规律研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新技术.为了研究高速通道压裂过程中支撑剂运移规律，基于CFD-DEM方法，建立高速通道压裂三维模型，首先对纤维柱的有无、纤维柱的排列方式和纤维柱尺寸对高速通道形成的影响，并进一步研究压裂液黏度、支撑剂密度对支撑剂运移规律的影响.结果表明：随着纤维加入压裂液中，支撑剂颗粒流速出现差异性变化；由并行排列变为交错排列，支撑颗粒的流速由快变慢，流速较快的颗粒出现在裂缝底部的数目减少；采取纤维柱交错排列方式且纤维柱半径较小，有利于快速形成支撑柱，获得较高的裂缝导流能力；随着压裂液黏度的增大，纤维吸附颗粒数目在不断减少；当压裂液密度为1000 kg/m³时，支撑柱颗粒数目随支撑剂密度的增大而缩减少，而压裂液密度增大为2000 kg/m³时，支撑柱颗粒数目则呈现增大趋势.研究成果丰富了高速通道压裂技术的研究.     

考虑渗透力和Mohr-Coulomb准则时深埋球形洞室弹塑性解

采用Mohr-Coulomb屈服准则,利用所建立的力学模型推导了考虑渗透力作用下球形洞室弹塑性解析表达式。根据解析式,绘制了不同渗流力作用下考虑渗透力和不考虑时塑性区应力场变化图、塑性区半径与洞壁支护力关系曲线图以及圆形洞室与球形洞室塑性区半径对比曲线图,研究结果表明:球形洞室塑性区应力随其半径的增大而逐渐增大,随着渗透力的增加,径向和环向应力的增加幅度逐渐变大;渗流效应对球形洞室塑性区半径的影响十分显著;在支护力较小时,从洞室围岩稳定性角度出发,采用球形洞室比圆形洞室更有利,反之采用圆形洞室比球形洞室更有利。研究结果对隧洞支护设计具有重要的理论指导意义。     

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析是对目前静态流体或稳态多相渗流中微粒运移/捕集的补充,通过分析弹性波对微粒剥离运移捕集过程的影响,建立弹性波作用下微粒运移模型,得到对微粒运移效果和储层物性变化的影响规律。由推导得到的弹性波作用下微粒剥离临界速度可知,当微粒与孔喉半径的比值越小时弹性波导致的振荡附加力影响越大,临界速度与流体粘度、微粒/孔喉半径比成负相关,与基质胶结程度、结构力、微粒半径、微粒密度成正相关。弹性波作用下微粒运移模型需同时考虑多孔介质渗流速度的变化,此时微粒剥离释放速率增加,但随着波衰减和时间延长而降低,微粒在孔隙表面沉积滞留速率先上升后下降,喉道堵塞的速率有所上升,说明弹性波作用下微粒的剥离和悬浮能力增加,但亦增加了微粒在微细孔喉"架桥"堵塞的可能性。研究结论对岩石物理学和工业化波动处理涉及的储层物性研究具有一定指导意义。     

基于响应面法的煤体有效抽采半径多因素交互作用

钻孔有效抽采半径是煤层瓦斯抽采参数设计的重要指标。为探究煤体基础物性因素(含水率、渗透率、瓦斯压力)对钻孔有效抽采半径的影响特性,首先基于煤的基质-裂隙双重孔隙理论,考虑水分对裂隙开度及基质瓦斯吸附性能的弱化影响,构建了考虑水分影响的煤体渗透率模型与固-气多场耦合模型;其次利用多物理场数值模拟方法并结合响应面分析法研究了不同因素对钻孔有效抽采半径的交互作用。研究发现有效抽采半径与初始渗透率呈正相关,而与初始瓦斯压力、含水率均为负相关;建立了瓦斯抽采半径与三个因素的二次多元响应面模型,并分析发现含水率、初始瓦斯压力、渗透率对有效抽采半径的影响显著性逐次降低,并且在一定程度上,煤体初始瓦斯压力的增加会弱化煤岩初始渗透率和含水率对钻孔有效抽采半径的影响,煤体初始渗透率和含水率也会显著改变初始瓦斯压力对有效抽采半径的影响,然而煤体初始渗透率几乎未改变含水率对有效抽采半径的影响。     

利用孔隙网络模型模拟岩样中驱替过程的一种新方法

本文提出准动态驱替的概念以描述岩石内驱替速度介于准静态和动态之间的驱替过程.准动态模型在不同的尺度区别对待黏性力:将表征单元体(REV)尺度的驱替视为动态,而将孔隙尺度的驱替视为准静态.在REV尺度上,提出双重网络简化计算黏性力和毛管力的综合作用;在孔隙尺度上,运用概率方法描述界面在不同孔隙内的运动几率,提高了计算效率.通过与现有的计算和实验结果进行对比验证了模型的正确性,并基于特定岩石微CT扫描图像建立等价孔隙网络,计算分析了岩样内驱替速度、孔隙半径分布和孔隙角落形状对水驱油过程的影响.本文计算模型有利于认识岩石内水油两相驱替的动态全过程.     

基于随机介质理论基坑降水引起地表沉降计算

针对基坑降水引起周边土层沉降问题,考虑到土体重度的变化和渗流力的影响,提出了一种以随机介质理论计算地表沉降量的方法。利用降水漏斗曲线对降水周边土层进行划分,基于有效应力原理和固结理论分析了降水前后土体重度和渗流有效应力的变化及微小土单元体压缩量,并通过随机介质理论计算基坑周围地表沉降量。以某基坑降水施工为背景,结合理论分析表明:计算方法得到的地表沉降分布与实测值整体上较为接近,在1.5倍开挖深度范围内精度较高,同时降水引起地面沉降也较大,1倍开挖深度处地面沉降最大值,约为25.53 mm;基坑降水引起周围土体重度的变化是影响地面沉降得主要因素,渗流力影响仅为15%。研究内容可为估算基坑降水引起地表沉降量提供参考依据。     

节流孔径对静压圆弧槽干气密封端面流场影响的数值模拟

应用SolidWorks软件分别建立4种不同节流孔径静压干气密封三维几何模型,并运用Gambit软件对4种模型分别进行网格划分.利用Fluent软件对端面流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量、气膜开启力.同时对节流孔直径与气膜推力泄漏量比值进行优化,获得最佳结构参数.数值结果表明:端面压力在节流孔处最高,向四周逐渐下降,密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,随节流孔径的增大泄漏量上升;随节流孔径的增大气膜推力增大.     

拜耳法赤泥对石灰土渗透性能的影响

为了研究赤泥的掺加对石灰土渗透性能的影响,通过配制赤泥-石灰土后进行渗透试验的方法,研究了赤泥掺量、配比含水率、孔隙比和养护龄期等变量因素对试样渗透性能的影响情况。结果表明:拜耳法赤泥的掺入增强了石灰土的抗渗性能;试样的含水率和孔隙比对渗透性能有较大的影响,二者随着对最优含水率和最大干密度的偏离,渗透系数增大,抗渗性能减小;随着养护龄期的增加,试样渗透系数减小,抗渗性能提高。可见,赤泥的掺入有利于石灰土抗渗性能的提高。试验为赤泥石灰土抗渗性能研究提供了一定的理论基础,有利于赤泥的综合利用。     

浮冰作用下单桩海上风机动力响应分析

随着海上风电在环渤海地区不断发展，冰激振动响应为当前环渤海地区海上风机面临的重要问题 .基于海上风机一体化数值分析软件，对浮冰作用下单桩海上风机动力学响应展开研究 .重点探究单桩风机塔基以及泥面线处载荷动力响应变化规律，研究不同冰载数值模型、冰厚以及冰速对单桩海上风机动力响应影响，开展抗冰锥结构下单桩海上风机动力响应影响规律.结果表明：不同冰载数值计算模型下的计算结果差别较大，采用Matlock双齿模型计算出的塔基载荷以及泥面线载荷最大，分别为无浮冰作用的 2.2倍与 1.3倍；单桩海上风机动力响应随冰厚增加而增加，冰速变化对单桩海上风机结构荷载影响不明显；采用抗冰锥措施后，作用于单桩海上风机的冰荷载显著降低，极大降低单桩风机塔基以及泥面线位置处的剪力与弯矩，塔基位置处剪力与弯矩的最大值分别为无抗冰锥结构的82%与95%.同时抗冰锥结构可极大降低作用结构上的冰荷载，其冰载最大值与标准差分别为不采用抗冰锥结构的5%与7%.     

压力泥浆帽钻井中牺牲流体排量优化的模拟计算

摘要：压力泥浆帽钻井技术是一项解决恶性漏层中存在的又漏又喷问题的有效技术,然而该技术的理论尚不完善,仍然有制约其广泛应用的因素存在,其中牺牲流体的携岩能力不足会导致沉砂卡钻等问题出现,而影响环空井底岩屑浓度的因素主要为钻井液排量、机械钻速和岩屑直径等。本文就压力泥浆帽钻井技术中低密度低粘度的“牺牲流体”携岩能力较弱展开研究,分析了岩屑在“牺牲”钻井液中的沉降速度规律以及摩阻系数,并建立了环空岩屑浓度模型和井底压力模型,利用计算机模拟计算,对实例井进行分析,以井底岩屑含量低于5%为安全标准并且尽量减小井底压力以保证钻井速度最快,优选出防止沉砂卡钻的牺牲流体排量。     

反映动态启动压力梯度的低渗透油藏渗流模型

基于流体边界层理论,建立了一种描述在低渗透油藏流体非线性渗流特征的新模型,获得了动态启动压力梯 度的连续变化函数。应用考虑动态启动压力梯度的非线性渗流模型,建立了一维单相流体流动的数学模型,并应用全 隐式方法对离散方程进行了线性化处理;对比研究了线性渗流模型、拟线性和反映动态启动压力梯度的非线性渗流模 型下地层压力的分布特征及流体非线性渗流系数对动边界扩展的影响。数值结果表明：受动态启动压力梯度的影响 在近井区域地层压力下降幅度更大,在远井区域的地层压力越高,地层压力下降范围更小;非线性系数数值越小,流体 流动的非线性程度越强,动边界的扩展速度越慢。     

高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究

针对高速铁路隧道经过岩溶发育段频频发生突水、突泥的现状,以油坊坪隧道岩溶突水为研究背景,对其突水机理展开了理论及数值计算研究,建立了油坊坪隧道岩溶突水的两类力学模型,对两类模型的力学失稳机理展开了理论推导,将理论推导结果应用于油坊坪隧道岩溶突水现场,理论计算结果与隧道现场突水情况相一致。通过快速拉格朗日Flac3D程序对岩溶突水的机理及相关规律进行了数值分析计算,计算结果表明,隧道未开挖时,隧道的左拱顶沿岩溶管道方向渗流矢量强烈,表明左拱顶附近将是地下水的重要渗流通道;隧道开挖后,岩溶通道彻底打开,岩溶管道渗流朝管道临空面,隧道环向渗流矢量均朝隧道中心;对岩溶管道进行注浆处治并施加衬砌后,孔隙水压力发生明显降低,岩溶通道的一定范围外的左下侧、右侧易沿矢量集中位置形成渗流通道,可以将该范围视为需注浆加固处治区域。