基于Fluent软件的二次开发计算气举阀流量

气举采油作业中,气举阀流量与采油效率、成本紧密相关,是确定采油工艺的关键因素,因此了解其流量特性十分必要。气举阀可伸缩的阀杆总成与阀腔内气体流场的交互作用,使其流量不仅与进出口压力相关,而且与阀杆行程相关,这样的流量求解问题具有流固耦合特性,采用单纯的固体力学方法或流体力学方法均难以求解。通过对Fluent软件开放的用户自定义函数UDF的二次开发,研究出在任意进、出口压力条件下气举阀流量的计算方法。该方法应用于某型号1 in气举阀,得到合理的阀杆行程,重现了气举阀的"流量堵塞"现象,证实了建议方法的有效性。

基于环状库特流的管柱下井压力分析

在油管传输射孔(TCP)作业中,点火头压力主要根据套管中井液的静水压来计算,从而忽略了大直径管柱与套管之间明显存在的动压,这便存在提前射孔的风险。基于牛顿层流下的环状库特流理论,推导了动压与管柱几何尺寸及下放速度的解析关系式,并通过编程实现了多级管柱的动压叠加效应,指出了导致"憋压"效应的因素。

预烘烤对牵引电机转子感应焊装配残余应变影响的试验评估

分别对高频感应焊前已实施预烘烤和未实施预烘烤的电机转子进行残余应变测试,分析了导条和端环残余应变产生的原因。对未经预烘烤和经过预烘烤的2个试件的测试数据进行对比,发现未经预烘烤试件的导条的平均残余应变是预烘烤试件的3倍,未经预烘烤试件端环的平均残余应变是预烘烤试件的1.67倍。

复合材料缠绕修复管道的应变分析

管道修复对于保障油气管道的安全运行起到十分重要的作用。基于玻璃纤维复合材料缠绕修复管道的内压试验,并考虑复合材料的各向异性建立了修复管道的有限元模型,有限元计算结果与试验结果高度吻合,验证了有限元模型的准确性。分析结果表明:管道修复后,缺陷中心的环向应变随内压的变化特征呈现出三阶段的非线性趋势。缺陷中心环向应变增长趋势的第二次加剧是管道失效的特征,此时,管壁的膨胀不再是均匀的,缺陷环向两侧弹性保留区的存在将会导致缺陷区域的凹陷。研究结果对管道缠绕层设计提供了参考依据。

Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢共固化界面有效搭接长度试验

为了确定复合材料与管线钢共固化胶结界面受剪时的有效搭接长度,设计了双搭接胶结试件拉伸试验.对界面在Ⅱ型加载条件下的失效扩展过程进行了试验研究和有限元模拟.试验结果表明,界面的破坏形式为脱粘失效.试验得到了复合材料表面沿拉伸方向上的应变分布规律,胶结界面剪切应力与滑移量之间的关系(Bond-Slip曲线),计算可得Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢胶结界面的临界能量释放率为1062 N/m,界面的有效搭接长度约为15.5 mm.将临界能量释放率应用到有限元模拟的界面本构,模拟得到的复合材料沿拉伸方向的应变分布规律与试验结果对比较好.有限元分析结果表明,裂纹沿着胶结界面由两侧向中间位置逐渐发生与扩展.

CRH3动车组高速出入声屏障时压力场特性的试验研究

在某铁路特大桥声屏障试验段,布置超低压压力传感器阵列,采用自主研发的压力采集系统,测试获得了CRH3动车组以时速300km/h^350km/h往返行驶进出声屏障时的压力时程曲线。采用双线性插值方式,得到了压力传感器阵列布置区域的动态压力场。通过测试得到了压力场高低压区的形状、相对于声屏障的位置、高低压区的距离间隔等。分析了头波和尾波最大正、负压力值的差异。基于头波和尾波的压力场,得到压力场的最大正、负压力值与车速的平方近似成线性关系。研究结果可为声屏障的结构设计提供基础载荷数据。

管道体积型缺陷复合材料补强的试验模拟研究

为分析管道体积型缺陷屈服前后复合材料缠绕层分担载荷的差异,在材质为X60钢、外径为508mm、壁厚为8.7mm的管件上预制深厚比约为70%的体积型缺陷,并进行低压水压试验,分析缺陷及完整管壁在弹性阶段的应力分布特点。采用玻璃纤维复合材料补强管道缺陷再次进行试验,分析试验压力上升时,管道缺陷发生塑性变形的水压值及应变响应趋势;采用水压试验结果验证有限元模型的准确性后,应用数值模拟分析管件缺陷屈服前后复合材料作用的差异。研究表明:对含体积型缺陷的管道,缺陷区域在内压作用下形成局部弯矩;复合材料缠绕层可以有效抑制这一弯矩,使弹性阶段局部弯矩的最大降幅超过50%,提高了缺陷发生屈服的压力;缺陷区域屈服之后,复合材料缠绕层分担环向载荷,对缺陷管壁的局部鼓胀具有约束作用,使补强管道沿剩余壁厚的应力分布不均匀度降低,约为未补强管道的一半,提高了管道的承载能力。

补强管道复合材料的渐进失效分析

复合材料缠绕补强是一种有效的管道缺陷修复技术,复合材料渐进失效对承载能力的影响有待研究。管道缺陷的局部效应和剩余强度,导致其渐进失效历程与复合材料压力容器(Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV)截然不同。采用复合材料补强的缺陷管件进行极限承载试验。通过对比试验极限压力与有限元模拟的渐进失效的破坏压力,验证有限元模型的正确性。有限元模拟结果表明,复合材料缠绕层发生以纤维破坏为特征的破坏模式。复合材料的渐进失效分为稳定缓慢失效和急剧加速失效两个阶段。对比COPV的瞬间大面积失效特征,分析了缓慢失效和急剧加速失效现象产生的原因,提出了实用的补强管道"临界压力"确定方法,为复合材料补强管道的设计提供参考。

复合材料增强管线钢管改进设计方法及相关规范分析

为了提高复合材料增强管线钢管(CRLP)设计的承载安全性,提出了承载系数的概念,不仅能够体现复合材料层和衬管的承载裕量,而且能够反映两者的载荷分担比例。分析了CRLP预应力处理的加载历程,建立起复合材料层承载系数、衬管承载系数和预应力处理压力三者的关系。采用图示方法,直观分析了复合材料层承载系数对预应力处理压力取值范围的影响,以及预应力处理压力对衬管承载系数的影响。提出了优先保证复合材料层安全承载的改进方法,使得复合材料层的实际承载系数与设计承载系数一致,不随其厚度变化。

一种改进的CRLP最大许用操作压力设计方法

与传统管线钢管相比,复合材料增强管线钢管(CompositeReinforcedLinePipe,CRLP)具有承压能力高和质量轻等优势,但对其压力设计的研究尚不充分。CSAZ662-2015《油气管道系统》和GB/T35185—2017《石油天然气工业用复合材料增强管线钢管》中最大许用操作压力的设计思路不同,且设计结果差别较大。针对此问题,基于组合薄壁圆筒模型对承压CRLP进行分析,对最大许用操作压力下材料的名义许用应力和真实许用应力进行了区分,进而导出真实许用应力的显式表达形式,并以此作为设计安全裕度的评价指标。分析表明:现有规范和标准中的设计公式均无法保证管线钢和复合材料的真实许用应力为常量,对应两种设计方法,各组分材料的真实许用应力均随CRLP规格差异而发生变化,并且随着试压/预应力处理的历程而改变。基于上述分析和CRLP极限状态下的承载特征,提出一种改进的压力设计方法。新方法优先保证复合材料的真实许用应力为常量,并可由设计系数直接确定;在最大许用操作压力的计算中,考虑了加载历程的影响,物理意义明确。算例表明,其设计安全裕度较现有方法更为合理,对于CRLP压力设计的改进有参考价值。

复合材料增强管线钢管压力设计新方法

复合材料增强管线钢管(CRLP)是一种具有高承压能力的新型管道,其应用日趋广泛,但相应的管道压力设计方法尚不完善。对现有规范的分析表明,现有压力设计模式已不适合组合型管道。通过以CRLP平均环向应变作为设计的显式失效判据,并区别不同工况下的失效模式,确定相应的安全系数。基于组合薄壁圆筒模型,分别导出了是/否进行预应力处理的压力设计公式。压力设计公式考虑了CRLP几何尺寸、管线钢和复合材料力学性能对设计压力的影响。算例分析表明,对于未经过预应力处理而直接投用的CRLP,主要的失效模式是试压过程中产生过量残余变形;而对于进行过预应力处理的CRLP,主要失效模式转变为工作压力下的蠕变破坏。预应力处理可以一定程度上提高CRLP的设计压力,并有助于充分利用复合材料的承载能力。

ASMEPCC-2-2011复合材料修复设计适用性及试验验证

为了更加合理地对含缺陷管道进行修复设计,需要对修复设计方法的适用性和准确程度进行分析。在ASME PCC-2-2011《压力设备和管道的检修》中,基于"基底管壁不屈服""基底管壁屈服""缠绕层许用应变"假设,提出了3种修复设计方法。基于力学解析分析,研究了3种修复层厚度计算方法与设计压力的相关性。设计、加工了深厚比约0.7的窄缝型和半椭球型缺陷,分别采用3种设计方法,在不同目标设计压力下计算了复合材料修复层厚度,分析了修复层厚度对于设计压力的敏感性。研究表明:"基底管壁不屈服"的修复方法对设计压力极为敏感,而"缠绕层许用应变"方法偏于保守,"基底管壁屈服"方法最适用于修复设计。