用于预测水力裂缝缝高的新拟三维流场模型

针对原有拟三维流场模型在控层较差时预测缝高过大的问题 ,根据水力压裂裂缝延伸机理 ,基于原拟三维数值模型生成的初始裂缝几何形态 ,采用从假定虚源发出的呈放射状径向流动的近似二维流场 ,对原拟三维模型的一维流场进行了修正 ,建立了新的拟三维流场模型。实例计算表明 ,由于考虑了压裂液在缝高方向上的流动 ,在控层较差的情况下 ,新模型对缝高的预测精度可达到全三维的计算精度 ,这对水力压裂施工和设计有实用意义。     

用于预测水力裂缝缝高的新拟三维流场模型

针对原有拟三维流场模型在控层较差时预测缝高过大的问题，根据水力压裂裂缝延伸机理，基于原拟三维数值模型生成的初始裂缝几何形态，采用从假定虚源发出的呈放射状径向流动的近似二维流场，对原拟三维模型的一维流场进行了修正，建立了新的拟三维流场模型。实例计算表明，由于考虑了压裂液在缝高方向上的流动，在控层较差的情况下，新模型对缝高的预测精度可达到全三维的计算精度，这对水力压裂施工和设计有实用意义。     

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 .     

径向流吸附器布气系统结构对布气效果的影响

径向流吸附器内的均匀布气对其性能有重要影响.本文以实验室用小型径向流吸附器为研究对象,建立了三维流动数学模型,并对径向流吸附器内部的流场进行了数值模拟.对比研究了径向流吸附器内气体流动型式、中心流道与外流道的截面积比、中心流道开孔率、外流道开孔率等对流场均匀分布的影响.结果表明：径向流吸附器采用向心流动的最为合适,并且∏型向心流动略优于Z型向心流动;中心流道与外流道的截面积比为18.9%时,获得最佳布气效果;中心流道开孔率越小,径向流速度不均匀度值越小,布气效果越好,但开孔率过低将导致布气孔附近局部布气不均匀,能耗增大;外流道开孔率变化对径向流吸附器内气流均布影响有限.     

醋酸乙酯加氢合成乙醇二维拟均相反应器模型

分析醋酸酯加氢制乙醇反应动力学以及工业装置实际运行状况,建立固定床反应器二维拟均相有效扩散数学模型.结合单管实验数据修正的宏观动力学方程,采用Crank-Nicholson方法求解方程并对工业固定床反应器进行模拟计算.与一维拟均相反应器模型及单管实际运行数据比较,结果表明在不同氢酯比、不同控制温度、不同压力下二维拟均相反应器模型模拟结果由于同时考虑了轴、径向传质、传热的影响,误差更小,所得固定床内温度和转化率分布与工业数据相符,该模型可用于指导反应器的设计和操作优化.     

转炉环缝洗涤器两相流动阻力特性数值模拟

针对转炉煤气环缝洗涤器内复杂两相流动和换热问题建立了三维物理、数学模型,进行了大量的数值模拟计算,得到不同煤气流量、环缝行程以及水气比工况下转炉环缝洗涤器内多相流动和传热的阻力特性数据,揭示了转炉环缝洗涤器内多相流场特性和各个影响因素对阻力特性的影响规律,推导出转炉环缝洗涤器阻力特性计算的经验关系式.     

水平裂缝水平井的压力动态分析方法

根据渗流力学原理，提出了一种分析计算水平井伴有有限导流水平裂缝瞬变压力的方法，即在计算机软件中通过系统模拟与参数拟合的方法动态分析与研究水平裂缝水平井的压力。假设裂缝内流动的是一维流动，地层内流动是三维流动，让两个流场中解出的压力表达式在裂缝边界上相等以求出流量分布，最后求出地层的瞬态压力分布。通过计算比较了不同长宽比的水平裂缝对瞬态压力的影响，比较不同裂缝传导率对瞬态压力的影响。从导数曲线上可以看出代表有限导流水平裂缝特征的两个流动段，裂缝的不稳定流动过渡段和地层内的垂直径向流动段。     

压裂裂缝拟三维延伸的数值模拟

为了使压裂设计更符合实际情况,近年来倾向于使用裂缝三维延伸的数学模型。本文以I D Palmer缝高模型为基础,应用线弹性断裂理论,建立了适合层状分布油气层压裂时裂缝拟三维延伸动态尺寸计算的数学模型,模拟了裂缝三维延伸过程中裂缝尺寸随时间的变化关系。     

潜水搅拌机射流特性研究

为深入研究潜水搅拌机的流场特性,采用三维建模软件Pro/E建立三维实体模型,在FLUENT 6.3大型计算流体力学软件平台上,采用非结构化四面体网格,利用动坐标系技术、k-ε湍流模型和SIMPLE算法,并且自由液面采用刚盖假定处理,对WJ型潜水搅拌机进行了全流场模拟,分析了搅拌水池内部流体速度、轴向速度、径向速度、周向速度沿径向的规律,及速度沿轴向的衰减规律,总结流场规律.计算结果表明:搅拌水池内流体轴向速度、速度沿径向分布为高斯分布;搅拌水池内流体最大轴向速度沿轴向衰减以双曲线形式衰减;潜水搅拌机搅拌流场具有明显的射流特性.该研究结果为潜水搅拌机的叶轮设计提供了理论依据,为深入研究潜水搅拌机设计制造的关键技术提供了参考,同时对工程实践有一定的指导意义.     

同心发射筒内燃气流对密封盖冲击的数值仿真

主要研究同心发射筒的燃气开盖问题。根据实际情况建立了等效三维模型,用数值方法对筒内三维流场进行了计算,并通过分析计算结果得到了相应的结论。     

液黏传动摩擦副流场特性分析

为了分析液黏传动在纯油膜剪切阶段下摩擦副间隙内流体传热特性对流场特性的影响,以一对双圆弧油槽摩擦副间隙内流场为研究对象,建立绝热边界条件下流场特性的简化数学模型,对工作液黏温特性进行实验测定。通过考虑油液的黏温特性,利用ANSYS CFX软件对流场进行数值模拟,获得不同工况条件下流场的流速特性、温度特性以及压力特性。研究表明:流体流速沿径向总体整体呈递增趋势,流体流线轨迹整体成抛物线。流场温度在沿径向方向整体呈递增趋势,流场的温升幅度随转速差增大而增大,随入口流量增大而降低。流场压力沿径向近似线性递减,流场压差随流场入口流量增大而增大,而摩擦副转速差对流场压差影响较小。     

考虑垂向摩阻的裂缝拟三维延伸模型

裂缝拟三维延伸模型具有极快的收敛速度、令人满意的计算精度和较强的适应性,但该类模型中没有考虑垂向摩阻,计算得到的裂缝高度偏大,不能模拟存在缝高失控的裂缝三维延伸过程。推导存在垂向摩阻的裂缝宽度解析表达式,考察裂缝张开位移判据的精度,认为对于常规水力裂缝没有必要进行小范围屈服修正。在此基础上,考虑双线性流动模式和压裂液的初滤失,建立改进的裂缝拟三维延伸模型。实例模拟分析表明:改进模型精度更高;当隔层应力差较大时,下缝高的延伸极其缓慢,有利于底水油藏压裂;当隔层应力差极小时,裂缝高度与长度近似相等,但由于重力差作用,上、下缝高仍有明显差异。     

考虑井筒变质量流动的砾石充填水平井产能预测

应用质量守恒和动量守恒原理推导砾石充填水平井井筒内变质量流动压降方程,并采用拟三维思想,将地层内流体在三维空间的流动分为水平面内的向垂直裂缝流和近井区域垂直平面内的径向流,建立油藏渗流模型.提出将井筒变质量流与油藏渗流耦合的数学模型及求解方法.结果表明:利用该模型计算的水平井产能与实测结果平均误差仅为3.79%,沿井筒...     

层状介质中水力裂缝的垂向扩展

应用岩石力学的理论与方法，建立了层状介质中水力裂缝垂向扩展的数值模型，分析了地应力剖面、地层断裂韧性、压裂液密度及作业参数对缝高剖面形态的影响．研究结果表明，地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围和扩展方向的主要因素，岩层断裂韧性对裂缝的垂向扩展有明显的止裂作用，压裂液沿缝高方向的流动压降对裂缝高度有较大影响．在一定地层条件下，裂缝是否向隔层扩展以及扩展范围的大小主要取决于作业压力的高低．该方法可用于预测水力裂缝缝高剖面形态     

基于Comsol Multiphysics的十字状裂隙中流体运动特征分析

地震波在岩石中传播时,在微观尺度下的十字状裂隙中,压力梯度会引起垂直于波传播方向的扁平裂隙中流体流动到临近的平行于波传播方向的裂隙中,这个流动过程具有特征尺度小和持续时间非常短的特征,被称之为微观喷射流。针对喷射流机制提出一种新的数值方法,认为多孔介质的固液两相分别遵循不同的物理方程,并为了深入了解在地震波的作用下裂隙中流体的流动特征及压力分布情况,应用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对平面波入射导致的喷射流的发生过程进行数值模拟,分析不同时刻水平及垂直裂隙轴向上流体流动速度和压力状态。结果表明:在水平裂隙中,越靠近中心位置,流体的流速越大,压力越小,在中心位置处达到其最大值和最小值;在垂直裂隙中,越靠近中心位置,流速也是逐渐增大,在中心位置处流体速度达到最大值,由于压缩波的传播方向与垂直裂隙的轴向一直,在波传播方向上使流体强制运动,其次水平裂隙中流体在壁面压力作用下流入到垂直裂隙中,造成垂直裂隙流体压力不规则变化的现象。     

全三维水力压裂过程中裂缝及近缝地层的温度计算模型

根据全三维水力压裂模型 ,建立了水力压裂施工过程中裂缝、盖层、底层以及裂缝附近地层中三维温度分布的数学模型。在该模型中 ,考虑了裂缝内的液体沿缝长和缝高方向作二维流动及裂缝向上、向下延伸到盖层和底层中的情况。计算实例表明 ,液体沿裂缝长度和高度方向同时流动时 ,在其长度和高度方向上都存在温度梯度。并且在沿裂缝高度方向上 ,由于滤失带对地层传热的影响 ,使得油层范围内的温度变化较小 ;而在油层范围以外 ,温度变化则较大     

基于CFD的自动计量弧形闸门水力特性三维数值模拟

建立了自动计量弧形闸门不同开度时,闸门安装段流体计算域的三维模型,采用VOF模型及标准k-ε模型对过闸水流进行三维数值模拟.获得过闸水流的流动特性和渠底所受压力曲线,分析其流速、流场、压力分布的变化规律,提出了闸门安装段渠道结构的改进方案并进行仿真.结果表明:与现有弧形闸门安装渠道相比,修建消力池、加长闸后矩形明渠的长度,不仅可以削弱水流对渠道的冲刷与破坏作用,减少闸门底部泥沙堆积,而且闸门前后渠底所受压力平稳区的水压波动范围减小,有利于提高水位测量精度.     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

向心透平无叶导向器内三维可压缩流动的模拟

利用FLUENT软件对向心透平整机(从无叶导向器进口到向心透平叶轮出口)进行三维可压缩流动计算和模拟,并将计算结果与一元设计方法进行比较分析,以检验一维假设的合理性和一元计算的可靠性．