永磁轮毂电机技术发展综述

电传动技术是车辆实现全电化的重要基础,电驱动系统是电动车辆的动力核心,而轮毂电驱系统是电驱动系统的终极驱动形式,轮毂电机的性能在轮毂电驱系统中具有决定性作用。首先,该文介绍了轮毂电驱系统的结构形式,对不同磁场类型的轮毂电机的优缺点进行了分析;其次,调研了目前市场主流轮毂电机产品的性能参数,为轮毂电机的研发提供参考目标;然后,针对轮毂电机高功率/转矩密度、宽转速运行范围、高运行效率和高可靠性等需求,分别调研了径向磁场、轴向磁场和横向磁场等不同类型的永磁轮毂电机的研究现状;最后,展望了不同磁场类型的永磁轮毂电机的发展方向。

无人车用高速永磁电机转子优化设计

随着车用电机高压化、高速化、高效化和高舒适性方向发展,对永磁电机的设计提出了更高的要求。本文以一台峰值功率65 kW,峰值转速9500 r/min,峰值扭矩650 Nm的车用高速轮毂永磁电机转子设计为例,对电机转子的电磁特性、传热特性与机械特性建立有限元和热路模型进行研究分析。为了提高车辆运行的舒适性,本文以转子磁路结构参数为优化参数,采用田口法对轮毂电机转子进行优化设计,在保证输出转矩不降低的情况下降低电机转脉动,优选齿槽转矩和绕组反电势THD最低的参数组合.仿真结果表明,优化前后转矩脉动降低了1.3%。针对轮毂电机大直径转子高速下转子强度问题,重点研究热态工况高速离心力作用下转子强度分析。该研究对于重载无人车用高速永磁电机设计具有理论指导意义。

斜坡式重力储能系统机械与电气联合仿真的多软件协同建模方法

重力储能具有安全性高、成本低、寿命长、存储能量无衰减、建设周期短及环境友好等优势。其中,斜坡式重力储能可以利用山体自然落差降低建设成本,并减少占用平地资源,是长时大容量储能领域的重要前瞻性技术之一。然而,斜坡式重力储能系统具有机械与电气动态高度耦合的特点,现有仿真模型难以完整描述其动态特性。针对该问题,本工作提出了一种斜坡式重力储能系统机械与电气联合仿真的多软件协同建模方法。首先,采用三维机械设计软件Solidworks建立包括斜坡、轨道、载重小车和质量块的机械系统框架模型;然后,将Solidworks中建立的模型导入多体动力学仿真软件Adams,并建立载重小车与链传动机构的联系,获得机械系统完整模型;最后,将Adams中的机械模型导入Simulink,并建立与电气模型的联系,从而获得机电联合仿真模型。将所提出的多软件协同仿真模型与Simulink独立仿真模型,在电网正常和异常工况下分别进行仿真对比,结果表明多软件协同仿真模型能够更加全面地描述斜坡式重力储能系统的动态特性。因此,多软件协同仿真模型能够更好地支撑对斜坡式重力储能的功率特性分析、安全性评估和机械参数优化设计等工作。

基于纳米压痕的煤岩微观力学特性及其影响因素剖析

煤岩微观力学特性与宏观力学特性关系密切,是剖析宏观力学性质机理的关键指标,也是影响煤层气压裂开采的重要因素。现阶段煤岩微观力学特性研究局限于力学参数表征与现象描述,演化机制及影响机理方面的研究较为缺乏。以我国不同变质程度煤岩为研究对象,通过以纳米压痕实验为主,低温液氮与原位激光拉曼测试为辅的手段,实现了纳米压痕实验关键参数优选,并明确了煤岩镜质组与惰质组微观力学特性及其主控因素。研究结果表明:(1)预实验结果显示,低载荷、小量程下,最大压入深度在1 000 nm左右(对应峰值载荷约为9 mN)的参数设定较为适合煤岩镜质组和惰质组的纳米压痕实验;(2)煤岩惰质组的弹性模量和硬度均普遍高于镜质组,且同一煤样中不同位置显微组分的弹性模量和硬度相近,说明在局部范围内煤基质显微组分的微观力学性质分布具有一定相似性;(3)煤岩显微组分和成熟度通过控制孔隙结构与化学结构以“一主一辅”形式共同影响其微观力学性质,即镜质组微观力学强度随煤化程度加深先升后降再升,下降段主要受因气孔增多导致的孔隙结构变化影响,上升段化学组分和结构为主控因素;惰质组的微观力学性质随煤岩成熟度升高持续增加,始终以受化学组分和结构控制为主。煤岩微观力学性质研究可广泛运用于微观尺度下的煤基质变形机制分析、水力压裂过程中微裂缝的产生与拓展探究以及开发有利区优选。

实施人才强国战略下的地学拔尖创新人才培养模式的探索与实践——以中国地质大学(北京)为例

高等学校是拔尖创新人才的培养基地,担负着培育新时代德智体美劳全面发展的高素质人才和培育堪当中华民族伟大复兴大任的社会主义建设者和接班人的特殊使命,是实现教育、科技、人才三位一体战略的重要保障。本文在深入领会国家新时代人才强国战略基础上,综合分析了我国高校本科生层次拔尖创新人才培养过程中深化改革的探索与实践以及取得的显著成效。以中国地质大学(北京)为例,初步论述了地质学类拔尖创新人才培养的思路、模式和效果。

煤层气储层相对渗透率试验及数值模拟技术研究进展

气水相对渗透率是评价煤层气是否具有工业价值的关键参数之一,测量和估算煤层气储层的相对渗透率是推进煤层气产业化亟需解决的基础问题。通过梳理国内外气水相对渗透率的研究进展,重点从煤储层气水相对渗透率的试验方法、理论模型和数值模拟3方面展开论述,主要取得了4项认识:①非稳态法在煤储层相对渗透率的测试中应用范围更广泛,但较少探究原位温度的影响;微流控试验在可视化和量化多相流体渗流行为方面有很大的应用前景。②利用核磁共振成像、CT三维扫描试验等新兴技术手段对渗透率试验装置进行改进,可以实时捕获多相流体的驱替过程并使测试结果更为准确。但试验环境较难还原地层的原位条件,且传感器的精度和稳定性仍需要进一步提高。③尽管目前针对煤层气储层已建立了多种相对渗透率计算模型,但其之间仍存在不同的假设条件和适用范围,难以统一推广,且未考虑真实孔裂隙结构的几何形态。④数值模拟方法破除了物理试验中的样品尺寸限制,在结合煤层气现场开发数据的基础上,可以实现提高采收率过程中相对渗透率变化的动态刻画。最后指出,未来需要将气水相对渗透率的测试环境进一步拓展至原位储层温度条件,探究多类型混合气体与水相流动行为,建立微流控试验的统一测试工序、扩展其应用场景和地质理论联系,并加深数值模拟与物理试验的联动分析与应用。

加强地质高校有组织科研 服务国家重大战略

在深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想尤其是深入学习习近平总书记关于教育、科技、人才重要思想和重要论述的基础上,深刻领会实现高水平科技自立自强的重要意义。结合中国地质大学(北京)主题教育的校内校外调研,指出学校在开展有组织科研方面存在的三个薄弱环节与差距,提出了实现学校推进有组织科研服务国家重大战略的四点对策与措施。

基于测井的煤层力学特性评价及煤层气开发有利区预测--以沁南郑庄区块3号煤层为例

准确掌握煤岩力学性质对储层改造及煤层气开发具有重要意义,以郑庄区块3号煤层为研究层位,建立以多测井参数为基础的煤储层横波时差预测模型和以动静态力学参数转换为依据的脆性指数评价模型;利用弹性参数法对研究区内煤储层脆性指数进行了综合评价,发现单井中煤层脆性指数受“边界效应”影响明显且分布具有区域性;脆性指数与煤体结构指数存在正相关关系,并据此提出以脆性指数为依据的煤体结构划分标准;脆性指数与抗压强度、抗拉强度均为负相关关系;四维地震裂缝监测结果显示碎裂结构煤压裂效果最好,原生结构煤次之,碎粒结构煤最差;最后,以含气量与脆性指数为主要评价参数,预测了区块内煤层气开发地质有利区,为煤储层压裂设计提供了依据。

煤层气储层水力裂缝扩展特征与控因研究进展

煤层气储层水力压裂后的裂缝展布规律和内部控因在很大程度上决定了储层改造效果,了解水力裂缝特征及扩展机制对煤层气的高效开发具有重要意义,也是水力压裂工艺参数优化的关键理论基础。基于国内外煤层气储层水力压裂开发现状,综合压裂实验设计、理论计算模型和数值模拟等,梳理了不同方法的特征及其差异,并系统论述了煤层气储层内在地质因素和外部工程因素对水力裂缝扩展行为的影响机制,总结了现阶段煤层气储层水力裂缝研究中面临的问题及发展趋势。结果表明:在真三轴物理实验中配置声发射监测和光学成像组件等改进措施可以极大促进水力裂缝扩展的力学行为和延伸路径研究;理论计算模型可以有效量化水力裂缝扩展行为,但预设的裂缝形态和延伸路径会使计算结果偏离实际生产;数值模拟有助于探究储层原位条件下多地质因素控制的水力裂缝网络动态形成过程和多条裂缝之间的相互影响;总体而言,煤层气储层水力裂缝的扩展行为是由天然弱面、地应力、宏观煤岩类型、煤体结构和支撑剂等因素约束下的综合过程。未来研究应聚焦在:(1)完善实现水力压裂物理实验中原位温压条件下的裂缝行为实时监控,并形成大尺寸样品制样标准;(2)深入研究基本理论计算模型中天然裂缝几何形态及注水速率、压裂液黏度等水力压裂工程参数对水力裂缝交互模式产生的叠加效应;(3)结合现场压裂中的微地震监测数据,优化数值模拟方法中天然裂缝及水力裂缝的几何形态和扩展路径设置;(4)量化多场-多地质因素对水力裂缝网络的耦合作用。

基于深度神经网络的斜坡式重力储能系统质量块抓取装置控制方法

重力储能系统对于质量块码放环节的时效性要求较高,针对现有抓取装置在时效性上的不足,提出了一种基于深度神经网络的斜坡式重力储能系统质量块抓取装置控制方法。首先,介绍了斜坡式重力储能系统的整体工作流程以及对质量块抓取装置的需求;其次,提出了根据质量块瞬时加速度计算其运行路程的方法,并根据质量块在缓冲平台的运行路程影响因素分析了该方法的误差来源,基于误差来源构造质量块运行路程的数据集;最后,引进深度神经网络,通过训练确定网络结构和参数,利用Dropout机制增强模型的泛化能力,得到质量块运行路程的预测模型。分析表明,所提控制方法可以较好地满足系统对码放环节的时效性以及精度的需求,使用本模型可在50 ms内给出质量块的运行路程预测值,且误差在±0.1 m内,验证了方案的可行性。

MXenes及其纳米复合涂层在硅/聚合物基接触面上的摩擦学行为

为了探究MXenes及其纳米复合涂层的摩擦学行为,以硅片(单晶硅)为基底,分别制备了Ti_(3)C_(2)-MXenes涂层、Ti_(3)C_(2)-MXenes/纳米金刚石复合涂层以及Ti_(3)C_(2)-MXenes/石墨烯复合涂层,测定了硅基底、MXenes及其纳米复合涂层与多种材质轴承球对磨的摩擦系数,并采用光学显微镜、三维白光干涉扫描仪和Raman光谱法对球斑及磨痕的表面形貌及组成进行了表征。结果表明:在所测试的不同材质摩擦球中,在循环次数为1200下硅基底与聚四氟乙烯(PTFE)球对磨时的摩擦系数最低,硅基底表面的磨痕边缘处有明显的沟壑,其磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主,聚合物球表面的磨损机理以磨粒磨损和疲劳磨损为主;当硅基表面的Ti_(3)C_(2)-MXenes涂层与PTFE球对磨时,PTFE球的自润滑作用使得在1 N载荷下MXenes涂层的摩擦系数稳定在0.14,磨痕表面有明显的PTFE转移层;在1 N载荷下,与PTFE球对磨的Ti_(3)C_(2)-MXenes/纳米金刚石复合涂层的摩擦系数稳定在0.15;在0.5 N载荷下,与PTFE球对磨的Ti_(3)C_(2)-MXenes/石墨烯复合涂层的摩擦系数稳定在0.18,与未加入石墨烯时相比,硅基表面的聚合物转移层减少。

煤层气储层可改造性评价——以郑庄区块为例

我国煤层气资源探明率与动用率“双低”,导致煤层气增产显著放缓,已经成为制约我国煤层气产业发展的瓶颈问题。常规煤储层评价较少考虑煤储层的可改造性潜力,导致发现的优质储量偏少,已发现的储量动用率偏低,因此,迫切需要开展煤储层可改造性评价研究。以沁水盆地南部郑庄区块为例,系统开展了岩心与大样物理模拟实验、测井与地震反演分析等;通过对比分析典型井储层地质特征与微地震水力压裂裂缝监测结果,指出影响煤储层可改造性的关键地质因素为煤体结构、宏观煤岩类型、煤层构造变形、煤层地应力、煤层与顶底板的抗拉强度之差,建立了煤储层可改造性综合定量评价模型;并对郑庄区块煤储层可改造性进行了评价分区,其结果得到了区内千余口产气井的验证。研究成果可用于指导尚未动用储量区的煤层气建产和已动用储量区的开发方案优化调整,根据不同区块储层地质特点选择适应性的工程技术与改造方案,以实现地质工程一体化,是我国煤层气“增储上产”的关键。

煤层气成藏机理及形成地质条件研究进展

煤层气成藏机理及形成地质条件研究对合理评估煤层气资源和指导煤层气开发具有重要意义。煤层气成藏是煤层气在含煤盆地生成、赋存、运移和保存的动态地质演化过程,每个阶段均受多种地质因素控制。基于近年来国内外相关领域研究成果,从煤层气成藏过程和流体特征角度出发,依次总结煤层气成因机理、煤层气储集及运移机理和煤层气藏形成地质条件。结果表明:丰富的有机碳是煤层气形成的物质基础,生物成因煤层气的形成主要依赖于煤层中微生物群落特征,热成因煤层气的形成依赖于煤变质程度;吸附解吸机理是研究煤层气储集的基础理论,固-液吸附解吸理论可以更好地解释含水煤层气体吸附解吸现象;扩散机理和渗流机理是煤层气运移的微观理论,基于时间变化的扩散模型和非达西渗流模型更适合解释我国低渗储层煤层气的运移过程;煤层气藏形成的地质条件归纳为沉积条件、构造条件和水文地质条件,沉积条件控制煤岩组成、煤层厚度和顶底板特征等影响煤层气的成藏过程,构造条件通过构造活动、煤层埋深、岩浆活动和构造类型等影响煤层气的成藏过程,水文地质条件对煤层气成藏具有双重作用。总之,我国含煤盆地地质构造复杂,煤层气成藏受多种地质因素控制,煤层气藏主控因素分析应结合煤层沉积埋藏史、热演化史、构造演化史和地层水动力特征。

低阶煤层气富集主控地质因素与成藏模式分析

针对我国低阶煤层气分布和富集受多种地质因素控制的现状,对沉积环境、构造作用及水文地质条件等关键地质因素进行了分析,结果表明:低煤化作用阶段,镜质组(腐植组)对于煤岩吸附能力具有一定的贡献作用;煤质中的水分起消极作用。沉积环境影响煤系地层厚度和总资源量,煤层顶、底板厚度越大,岩性越致密,越有利于煤层气保存;含气量与煤厚呈正相关。构造运动可能造成封盖层破坏,导致煤层气逸散,也可能形成良好的侧向封堵。水动力系统对低阶煤层气的生成和保存均有控制作用,其与低阶煤盆地中煤层气富集的利害关系必须结合水文地质与构造耦合关系加以判识。对于低阶煤层气藏,游离气含量不可忽视,在有利成藏模式选择上应重视构造动力条件的分析及构造圈闭点的评价。

鄂尔多斯盆地东缘临兴中区煤系气富集地质条件及成藏模式

鄂尔多斯盆地东缘临兴区块中部(以下简称临兴中区)含煤岩系分布范围广、厚度大及有机质热成熟度高,是极具潜力的煤系气勘探目标。但是,对煤系气储层地质条件及富集成藏机制认识不清制约了该地区煤系气的高效勘探。为此,在对临兴中区煤系气生储盖特征分析的基础之上,结合煤系储层含气性特征,剖析了煤系气的分布特征及其共生关系,综合构造、岩浆热作用、沉积和水动力等控制因素,探讨了该区煤系气的成藏模式。研究结果表明:①充足的气源供应、相互叠置煤系储层的广泛分布以及良好的盖层条件为临兴中区煤系气的富集成藏提供了基础条件;②受构造特征和含气性特征的影响,煤系气分布可划分为3个区带,其中紫金山隆起区以煤层气自生自储为主,环紫金山向斜区以煤层气、致密砂岩气、页岩气三气自生共储为主,平缓构造区以煤层气、致密砂岩气两气自生共储为主;③构造演化、岩浆活动、沉积地质及水文地质等因素对临兴中区煤系气富集成藏均有影响。结论认为,研究区煤系气成藏类型主要为岩浆热侵—断层逸散型、向斜—水动力封堵型和岩性—水动力封堵型,研究成果为该区煤系气的精细勘探指明了方向。

中国煤层气储层地质与表征技术研究进展

我国煤层气资源丰富,发展煤储层地质学理论与技术有助于煤层气勘探开发的进一步突破。基于对文献调研与分析,阐述了煤层气储层地质与表征技术的研究内容及进展,分析了前缘发展方向。研究认为,煤层气储层地质学研究正在从宏观向微观、从定性向定量、从单学科到多学科协同发展,研究内容涉及煤储层成因类型、沉积环境、构造作用、应力特征、物性特征、几何形态、井网布置方式、储层改造及保护、井网调整及优化等产业全过程;煤层气运聚动力分为2类,一类是在气体浓度差作用下的扩散-渗流机制,另一类是压差或势差作用下的水动力-浮力机制;构造挤压应力主要通过骨架岩石的变形改变含水层与隔水层,并影响到流体渗流网络的输导能力;沉积压实主要影响孔-裂隙空间及喉道,沉积物沉降速度过快容易形成异常高压带,不利于储层流体流动;流体在三维空间中所处的温度不同,温差效应常会引起流体发生瑞利和非瑞利对流驱动,一般浅部低温、密度较大的流体会向下运动,而深部高温、密度较小的流体会向上运动;渗透率研究经历了4个阶段,包括表观现象与经验推测定性分析、多种理化效应与细化各因素作用影响机制、数学模型与数值分析等多种模拟手段定量表征以及精细完善储层微米尺度传输介质渗透率动态变化。研究指出,未来需要精细研究深部构造煤和热改造煤储层纳米级孔隙气体的赋存状态与扩散运移机理,建立健全煤系非常规天然气合采技术制度,根据纳米孔隙超量吸附的聚散过程厘定不同温压条件下煤储层微纳米孔隙中气体凝聚与游离空间变化。

地学人才“四位一体”产教融合育人模式探索

能源现代化进程的加快,对地学人才的数量和质量提出了双重挑战。产教融合是有效提高人才培养质量的重要途径。为提升地学创新人才的培养质量,本文在研究地学专业育人现状的基础上,开展了系统性的产教深度融合教学模式探索,对构建政府、行业、企业、学校“四位一体”协同育人模式提出不同视角下的建议,以期发挥校企合力育人作用。

中国地质大学(北京)与青岛海洋地质研究所科教融合实践与展望

0前言科教融合是科研和教学的有机融合,是新时代我国一流本科和研究生教育以及一流人才培养的新要求,也是新发展阶段科研机构落实国家科技创新战略部署的重要实践。为深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和科技创新重要指示精神,加快实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,推动科教融合发展,自然资源部和教育部聚焦国家海洋强国建设战略需求,支持所属涉海科研院所和高校进行合作.

面向国家资源战略需求,打造“留学北地”特色品牌——新时代中国地质大学(北京)来华留学工作

教育部提出做强“留学中国”品牌,多措并举推动来华留学内涵式发展。1954年以来,中国地质大学(北京)来华留学工作贯彻落实党和国家外交、资源环境战略和中国企业“走出去”战略,在地质、资源、环境等领域培养了一批知华友华人才。进入新时代,我校需紧扣时代主题,顺应国家需求,服务学科建设,发挥北地特色,探索“留学北地”计划,试点“一体两翼留学生培养模式”,促进来华留学工作提质增效,助力学校教育对外开放事业发展。

低阶煤吸附孔特征及分形表征

采集8个具代表性的不同宏观煤岩类型的低阶煤岩进行了低温液氮吸附和甲烷等温吸附实验,探讨了低阶煤的吸附孔特征,确定了适合低阶煤吸附孔隙分形模型及分形维数与孔结构、吸附性能的关联性。由此将低阶煤的吸/脱附曲线划为四类并对应4种孔隙,光亮型煤中主要为一端封闭的锥形孔,半亮型煤中主要为墨水瓶状孔,半暗型煤包含了开放型的圆筒状孔和一端封闭的尖劈形孔,暗淡型煤则以开放型的圆筒状孔为主。结果表明,FHH模型相对BET模型分形较符合低阶煤孔隙特征;FHH中不同宏观煤岩类型在相对压力0~0.5和0.5~1.0吸附特征各异得到分维数D_(21)和D_(22),其中D_(21)表征煤吸附孔表面粗糙度而D_(22)表征吸附孔结构不规则性;D_(21)越高,孔比表面积越大,D_(22)越高,平均孔径越小,微孔含量越高,孔隙非均质性愈强;D_(21)较D_(22)对低阶煤的吸附性能控制作用大,表现为高D_(21)低D_(22)时,吸附能力最大,累计比表面积分维数增高,吸附能力增大。因此,低阶煤的吸附过程随压力增大为单分子层过渡到多分子层吸附为主。