基于代理模型的缝内支撑剂铺置形态高效预测方法

非常规油气储层体积压裂中,大量支撑剂颗粒随压裂液注入地层裂缝,其在缝内的铺置形态将决定裂缝支撑效果和导流能力.准确预测缝内支撑剂铺置形态有助于优化压裂设计、提升改造效率.实验模拟和数值模拟是当前复现缝内支撑剂堆积过程和铺置形态的主要手段,但仍存在模拟尺度小、模拟耗时长和操作成本高等局限.本文以支撑剂输送数值模拟结果为数据集,提取了表征支撑剂铺置堆积的特征参数,基于级联神经网络,建立了支撑剂铺置形态预测的智能代理模型.结果表明,代理模型预测结果与数值模拟结果高度吻合,单步预测耗时仅为单步模拟耗时的0.14%.本文提出的模型和方法可实现支撑剂输送仿真加速,极大地缩短了支撑剂铺置形态的预测时间,其进一步完善后将在压裂实践中具有广泛的应用前景.

基于滑速比的空泡份额预测模型综述与评价

空泡份额是气液两相流中的一个重要参数,与流场的流型、压降、换热等都有密切联系。空泡份额的预测方法很多,其中基于滑速比的预测方法应用最为广泛。然而,实验上很难准确获得滑速比的变化规律,相关的理论研究也较缺乏,使得预测模型间的准确度相差较大。因此,有必要结合多项指标对现有的滑速比模型开展综合评价。基于此,本文整理了8个滑速比模型,收集了380组空气-水的两相流实验数据,采用误差分析法和灰色关联法对这些滑速比模型的整体性能进行综合评价,评价指标包括平均绝对误差、均方根误差、误差频率分布和灰色关联度。结果表明,对于空气-水气液两相流,在空泡份额的全范围(0<α<1)内,Chisholm公式的整体性能最好。受流型的影响,不同空泡份额范围内各公式的性能存在差异,低空泡份额范围(0<α<0.3)内现有公式的准确度均较低,不推荐基于滑速比模型去预测空泡份额,而在中等空泡份额范围(0.3<α<0.7)内Lockhart&Martinelli公式的整体性能更好,高空泡份额范围(0.7<α<1)内Chisholm公式的整体性能更好。

预制舵角对超空泡构型航行体入水运动特性影响研究

为了探究预置舵角对通气航行器入水运动特性的影响,基于VOF(Volume of Fluid)模型和SST k-ω湍流模型,开展了通气航行器带舵角高速斜入水流场的数值模拟和弹道特性分析。通过将数值预报的空泡形态和弹道特征与试验结果相对比,验证了所采用的数值方法的有效性,并分析了不同舵角对航行体入水流场演化、弹道特性和水动力特性。结果表明:倾斜高速入水条件下,入水空泡会迅速发生表面闭合,同时舵角的存在使入水空泡存在上下侧不对称情况。入水一定深度后,由于静水压力的增加和航行器速度下降,航行器尾部空泡脱落,升力系数和俯仰力矩发生波动。舵角对于航行器弹道特性产生明显的影响,舵角越大,航行器最大入水深度减小,俯仰角度变化越迅速,姿态转平的时间提前。5°舵角工况相较于3°舵角工况,姿态转平时间提前了86 ms。但是舵角对航行器轴向速度基本没有影响。舵角同时对航行器水动力特性存在一定的影响,舵角越大,升力系数的最大值越大,俯仰力矩越高。但是,舵角对航行器阻力系数影响不明显。

双固相旋流分离技术简介

分析了现有用于固-固分离旋流器的分离机理,综述了双固相旋流器流场和分离性能数值分析的现状。重点针对目前双固相旋流器分级效果中底流夹细现象,结合重介质旋流器和筛分过滤网、冲洗水的特点,提出了一种新型的双固相旋流器,并给出了其具体结构设计和工艺参数。该新型分离器既有重悬浮液改变双固相相对介质的密度差,又有筛网的动态过滤,还有冲洗水的强化分级和渗流清洗,可提高分离效率。

基于时移多尺度波动散布熵和改进核极限学习机的水电机组故障诊断

水电在能源供给结构改革中承担重要角色,随着风、光、潮汐等新型能源的不断接入,水电机组的负荷运行范围不断加宽,导致水电机组发生事故的概率增加,因此,开展水电机组智能故障诊断研究具有十分重要的现实意义。本文针对水电机组振动信号中蕴含大量噪声信号,干扰故障诊断的问题,提出一种时移多尺度波动散布熵和改进核极限学习机相结合的水电机组故障诊断方法。首先,结合信息熵理论与时移思想,在多尺度波动散布熵的基础上,采用时移理论替代多尺度波动散布熵(MFDE)中传统的粗粒化过程,提出时移多尺度波动散布熵(TSMFDE),通过仿真实验,证明所提方法具有良好的时序长度鲁棒性、抗噪性及特征提取能力,解决了传统多尺度熵粗粒化不足的问题。然后,利用具有可移植性强、寻优能力强和收敛速度快等特征的算术优化算法(AOA)对核极限学习机(KELM)的正则化参数和核函数参数进行寻优,建立AOA-KELM分类器,解决了KELM超参数难以调节的问题。最终,通过转子试验台模拟实验,将TSMFDE提取的特征输入分类器中,完成模式识别工作。仿真结果表明,所提模型取得最高的诊断精度,达到了100.0%,相对于其他流行模型,本文所提模型展现了明显的优势,验证了所提模型的良好诊断精度。

基于正交试验法的铝合金车体高压水清洗喷嘴结构优化

抑尘剂等复杂的化合物黏着在铝合金车体上,导致车体污染十分严重,高压水射流清洗方法能够有效去除铝合金车辆车体表面黏着的化合物。通过分析圆柱形、锥形、文丘里形和余弦形喷嘴的射流流场分布、射流出口速度、最大壁面静压、相同清洗宽度下压力值范围,得到余弦形喷嘴的清洗性能最佳,锥形喷嘴次之。基于正交试验法设计五因素、四水平正交试验表,得到常用清洗压力下余弦形喷嘴的最优结构参数:进口直径为40 mm、出口直径为20 mm、过渡段半径为40 mm、出射段长度为25 mm、过渡与余弦部分长度比为4。按照最优喷嘴结构参数进行建模,得到三组压力值下高压水出射速度比未优化前提高了2%,且优化效果随着入口压力值的提高而有所下降。在优化后的喷嘴结构参数下进一步计算得出入口压力为10 MPa时,靶距设置为250 mm能达到较好的清洗效果和节能作用。

基于VOF-DPM耦合的Y型喷嘴雾化研究

采用VOF-DPM(流体体积-离散相模型)耦合方法的数值模拟,研究液体黏度对Y型喷嘴内流动和喷嘴雾化性能的影响。首先对Y型喷嘴内部和外部区域进行多面体网格划分,并借助基于气液体积分数值的自适应网格加密技术有效提高气液界面识别精度。分析喷嘴内流动与喷嘴外雾化的关联,研究液体黏度对雾化性能的影响。结果表明:重油黏度较高,流速较小,喷嘴内重油不易被气体吹散和掺混,液体雾化较难。柴油密度低于重油,易被加速,导致喷雾贯穿距离大于重油,雾化更容易,柴油的喷雾锥角与重油差距不大。重油的喷雾索特平均直径d s为137.14,略高于柴油d s约0.8%。研究对评估燃烧器燃烧性能及其适应多种燃料的改造设计具有重要的应用价值。

多孔介质壁面湍流边界层的研究进展

多孔介质壁面的可渗透性加强了界面附近的动量和能量输运,增加了多孔介质壁面湍流边界层中流动的复杂性.多孔介质壁面直接影响着湍流边界层中的湍流结构时空演化及各种物理量的生成机制和输运特性.本工作总结了多孔介质壁面湍流边界层统计特性和湍流结构特性的最新研究进展.首先,概述了多孔介质基底特性对边界层湍流特性的影响,包括对平均统计量、壁面摩擦因数和湍流结构的研究,指出多孔壁面湍流边界层的结构特性与开尔文-亥姆霍兹(Kelvin-Helmholtz,KH)不稳定性密切相关;其次,总结了多孔介质边界层中大尺度湍流结构对近壁区小尺度湍流结构的调制作用;最后,给出了该领域的未来研究方向.

汽泡边界层模型在矩形管道下的适用性分析

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。汽泡边界层模型是预测流动沸腾的一种新理论模型,它将流场沿径向划分为主流和汽泡边界层两个区域,能同时获得两个区域多个两相参数的变化规律,为空泡份额的预测提供了一种新的方法。然而,过冷沸腾段汽泡边界层模型目前仅在常规圆管中开展了验证,当管道类型和尺寸发生变化后,模型的准确度还有待进一步分析。基于此,本文将汽泡边界层模型进一步推广到长宽比较大的矩形管道中。为验证模型的准确性,将模型获得的空泡份额与现有实验数据进行对比,并同时与现有空泡份额预测模型进行了对比。结果显示,汽泡边界层模型不仅较现有模型的准确度更高,还能同时应用于矩形常规管道和窄缝通道,受管道结构和尺寸的影响较小。模型还描述了矩形窄缝通道内空泡份额、压力、流速、温度、滑速比等的变化情况,这些结果能为反应堆矩形燃料元件内的热工物理耦合分析提供基础数据。

单液滴形成液膜过程研究

液滴碰壁形成液膜的过程在能源、航天、化工等领域都很常见,其中核能领域的汽水分离设备中有广泛的液滴壁面形成液膜的现象,但目前对液膜的研究相对较少,且缺少对于液滴碰壁形成液膜的机理研究。本文提出一种根据欧拉壁面液膜模型来计算液滴碰壁形成液膜的方法,介绍了液滴形成液膜的计算公式和定义,验证了欧拉壁面液膜模型应用于液膜计算的准确性。最后将方法应用于实际AP1000条件下的液膜计算,分析了不同尺寸的液滴在壁面形成液膜的动态过程,为汽水分离等装置中的壁面液膜计算提供有效的分析工具。研究结果表明,在固定质量流量条件下,随着液滴直径的减小,液膜厚度和液膜速度均会增大。

风力机周围流场可视化平台设计与教学应用

风力机广泛应用于海上、陆上和建筑物上,而复杂的流固耦合特性成为制约风力机安全、高效、稳定运行的主要因素之一。风力机周围流场可视化在目前教学和科研中存在一定的困难和挑战。该文基于现有的风洞实验室平台,设计风力机气动流场可视化教学实验方案和装置,旨在帮助学生直观认识不同风况下的风力机尾流特性和气动规律,阐明屋顶垂直轴风力机的耦合流动机理和流场变化规律,探明复杂地形和风力机周围流场的时空特征,量化不同参数对风力机流场的影响规律。同时,基于该平台探索“双碳”目标下风力机结构的混合式教学方法,建立教学中发现问题并解决问题的反馈机制。

粉煤灰气力输送U型弯管冲蚀磨损规律研究

[目的]研究粉煤灰气力输送过程中灰尘颗粒对U型弯管的冲蚀磨损特性和颗粒运动情况。[方法]利用fluent软件中的DPM模型对U型弯管气力运输过程进行冲蚀磨损分析,通过建立U型弯管的数学和物理模型,分别针对不同的气体进口速度、灰尘颗粒粒径、颗粒质量流量和U型弯管转弯曲率半径等进行数值模拟分析。[结果]结果表明,当气体进口速度、颗粒质量流量增大时,最大冲蚀速率逐渐增大,且增长幅度明显;当转弯曲率半径增大时,最大冲蚀速率减小;当颗粒粒径增大时,最大冲蚀速率呈现先增大、后减小、再增大的趋势。[结论]研究成果可为U型弯管的设计和维护提供技术支持。

喷印金属双液滴撞击固体形成气泡的模拟研究

喷墨打印镓金属液滴撞击固体表面时会产生空气夹带,造成气泡沉积出现喷墨打印导线不互联现象,深入理解气泡形成的影响因素是解决此问题的关键。为消除气泡,提高打印导线互联性,本研究使用Ansys Fluent软件,采用VOF耦合水平集方法,建立了二维镓金属双液滴撞击固体铜基板过程的仿真模型,研究了水平壁面温度、双液滴间距、倾斜壁面角度、倾斜壁面温度等参数对金属双液滴撞击固体壁面形成气泡过程的影响规律。研究结果表明,对于水平基板,在不同基板温度下气泡的大小呈现双向变化,金属双液滴间距的增加更有利于液滴铺展。当金属双液滴间距S=D_(0)-2.38D_(0)时,有气泡形成;当S=2.38D_(0)-2.5 D_(0)时,液滴铺展出现断裂,且气泡随温度的增加没有明显变化;当金属双液滴间距S=2.6 D_(0)时,随着温度的增加不再产生气泡,此时喷墨打印液滴表现出最佳精度,提高了打印导线的互联性。对于倾斜基板,使用参数韦伯数(We⊥)和参数(K⊥)表征金属双液滴形成的气泡,当撞击倾斜壁面韦伯数We⊥>15、K⊥>0.035时,液滴会在固体表面上形成气泡;当We⊥>16、K⊥>0.04时,形成的气泡直径随壁面温度的增加而减小;当15<We⊥<16、0.035<K⊥<0.04时,液滴出现铺展断裂,并且气泡直径随着壁面温度的增加而减小;当5<We⊥<15、0.015<K⊥<0.035时,液滴铺展断裂且气泡直径变大;当We⊥<5、K⊥<0.01时,液滴在基板形成的气泡消失,此时为喷墨打印液滴的最佳精度,可提高打印导线的互联性。该研究为优化喷墨打印金属液滴的工艺提供了重要理论依据,有望在实际应用中消除气泡,进一步提高喷墨打印导线的互联性。

基于CFD仿真的调节阀流动特性分析

调节阀在流体输送系统中得到了广泛应用。带阀笼的调节阀不同于传统的调节阀,其流体经过阀笼流出,阀笼的通流形状和面积对调节阀的流动特性起着至关重要的作用。为研究调节阀阀笼的流动特性,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真技术,建立调节阀模型,对调节阀阀笼进行数值仿真。研究表明:增大阀笼的通流面积有助于减小阀门的进出口压差;多边形阀笼有助于减小阀门的进出口压差。本研究为调节阀阀笼的结构设计和优化提供了重要理论依据。

气流对氢燃料电池气体扩散层输水性影响分析

为研究气流对扩散层输水性的影响,构建二维模型表征扩散层纤维结构特征;联合VOF(Volume of Fluid)方法、N-S方程、Darcy定律及毛细压力方程,建立多孔介质内气液控制方程,跟踪气液流动界面,分析气流压力、温度和输入模式与不同孔隙率扩散层水输运状态的关系,阐明气流与孔隙结构耦合作用对扩散层水分布的影响机理。结果表明:扩散层内气流分布直接影响水的输运,而气流状态与扩散层孔隙结构特征密切相关;增大气体输入间隔对于增进扩散层排水效果显著。该研究对于提升扩散层的输水性具有借鉴意义。

Mixed convectional and chemical reactive flow of nanofluid with slanted MHD on moving permeable stretching/shrinking sheet through nonlinear radiation,energy omission

Hybrid nanofluids are remarkable functioning liquids that are intended to reduce the energy loss while maximizing the heat transmission.In the involvement of suction and nonlinear thermal radiation effects,this study attempted to explore the energy transmission features of the inclined magnetohydrodynamic(MHD)stagnation flow of CNTs-hybrid nanofluid across the nonlinear permeable stretching or shrinking sheet.This work also included some noteworthy features like chemical reactions,variable molecular diffusivity,quadratic convection,viscous dissipation,velocity slip and heat omission assessment.Employing appropriate similarity components,the model equations were modified to ODEs and computed by using the HAM technique.The impact of various relevant flow characteristics on movement,heat and concentration profiles was investigated and plotted on a graph.Considering various model factors,the significance of drag friction,heat and mass transfer rate were also computed in tabular and graphical form.This leads to the conclusion that such factors have a considerable impact on the dynamics of fluid as well as other engineering measurements of interest.Furthermore,viscous forces are dominated by increasing the values ofλ_(p),δ_(m)andδ_(q),and as a result,F(ξ)accelerates while the opposite trend is observed for M andφ.The drag friction is boosted by the augmentation M,λ_(p)andφ,but the rate of heat transfer declined.According to our findings,hybrid nanoliquid effects dominate that of ordinary nanofluid in terms of F(ξ),Θ(ξ)andφ(ξ)profiles.The HAM and the numerical technique(shooting method)were found to be in good agreement.

Impact of radiation,melting,and chemical reaction on magnetohydrodynamics nanoparticle aggregation flow across parallel plates

The heat transfer between two corresponding plates,disks,and concentric pipes has many applications,including water cleansing and lubrication.Furthermore,TiO_(2)-water-based nanofluids are used widely because it is useful for operating and controlling the temperature,especially in photovoltaic technology and solar panels.Motivated by these applications,the current study is based on the nanoparticle aggregation effect on magnetohydrodynamics(MHD)flow via rotating parallel plates with the chemical reaction.To achieve maximum heat transportation,the Bruggeman model is used to adapt the Maxwell model.Also,melting and thermal radiation effects are considered in the modeling to discuss heat transport.The Runge-Kutta-Fehlberg 4th−5th order method is used to attain numerical solutions.The main focus of this study is to see the thermodynamic behavior considering several aspects of nanoparticle aggregation.The heat transfer rate between the parallel plates is enhanced by improving the thermophoresis,radiation,and Brownian motion parameters.The rise in Schmidt number and chemical reaction rate parameter decreases the concentration distribution.This study will be helpful in enhancing the thermal efficiency of photovoltaic technology in solar plates,water purifying,thermal management of electronic devices,designing effective cooling systems,and other sustainable technologies.

Stochastic neuro-swarming intelligence paradigm for the analysis of magneto-hydrodynamic Prandtl-Eyring fluid flow with diffusive magnetic layers effect over an elongated surface

In recent years,the integration of stochastic techniques,especially those based on artificial neural networks,has emerged as a pivotal advancement in the field of computational fluid dynamics.These techniques offer a powerful framework for the analysis of complex fluid flow phenomena and address the uncertainties inherent in fluid dynamics systems.Following this trend,the current investigation portrays the design and construction of an important technique named swarming optimized neuroheuristic intelligence with the competency of artificial neural networks to analyze nonlinear viscoelastic magneto-hydrodynamic Prandtl-Eyring fluid flow model,with diffusive magnetic layers effect along an extended sheet.The currently designed computational technique is established using inverse multiquadric radial basis activation function through the hybridization of a well-known global searching technique of particle swarm optimization and sequential quadratic programming,a technique capable of rapid convergence locally.The most appropriate scaling group involved transformations that are implemented on governing equations of the suggested fluidic model to convert it from a system of nonlinear partial differential equations into a dimensionless form of a third-order nonlinear ordinary differential equation.The transformed/reduced fluid flow model is solved for sundry variations of physical quantities using the designed scheme and outcomes are matched consistently with Adam's numerical technique with negligible magnitude of absolute errors and mean square errors.Moreover,it is revealed that the velocity of the fluid depreciates in the presence of a strong magnetic field effect.The efficacy of the designed solver is depicted evidently through rigorous statistical observations via exhaustive numerical experimentation of the fluidic problem.

基于LBM水力裂缝中支撑剂颗粒团簇升阻力系数研究

水力压裂中,裂缝壁面对支撑剂团在狭窄裂缝中输送沉降时的受力有重要影响。该文基于LBM建立颗粒流动数值模型,构建星型、三棱柱型、长方体型颗粒团簇模型,研究颗粒团簇在不同雷诺数Re、颗粒团簇与壁面相对距离H/d下的升阻力变化规律。结果表明:壁面影响下,随Re的增大,颗粒团簇的曳力系数、升力系数均减小,且壁面方向升力系数总小于无壁面方向的结果;单颗粒曳力系数与团簇平均曳力系数的比值随Re的增加而减小,随壁面边界效应的影响而增大;不同位置的颗粒曳力系数比值表现为前排颗粒减小、中间颗粒先增大后减小、近壁面颗粒逐渐增大。随H/d的增大,颗粒团簇远离壁面,边界影响减弱,曳力系数减小程度逐渐减弱;前排及近壁面颗粒曳力系数比值与升力系数随之减小;远壁面颗粒逐渐靠近壁面,曳力系数比值增大。壁面边界效应会加剧近壁面颗粒受力,且外侧颗粒对内部颗粒受力有屏蔽作用。

不同雷诺数下圆柱绕流流动特性数值模拟

通过使用Fluent软件对雷诺数在100~700范围内的圆柱绕流进行数值模拟,通过对比尾流速度分布,揭示了不同雷诺数下圆柱绕流的流动规律。此外,在相同雷诺数下对不同流体绕流圆柱所得阻力系数进行对比讨论,将数值模拟所得不同雷诺数下涡脱落周期与通过斯特劳哈尔数公式计算得出的涡脱落周期进行误差分析,验证了Fluent数值模拟的准确性。