具有环状运动约束的悬臂输流管道的非线性振动特征

本文对具有环状运动约束的悬臂输流管道的空间弯曲振动进行研究,目的在于考察约束刚度系数、约束放置位置对管道的两类周期运动(包括平面周期运动和空间周期运动)及其稳定性的影响规律.首先,在已有文献的基础上,将运动约束对管道的作用模拟成非线性立方弹簧模,得出振动方程.其次,运用Galerkin方法将振动方程离散成常微分方程组,结合基于中心流形—范式理论的投影法与平均法,给出了决定系统定性动力学性质的相关系数(包括临界特征值随流速的变化率及非线性共振项),取模态截断数为6,在几组约束刚度值和约束位置处计算了上述系数,据此考察了运动约束对管道的周期运动的影响,总结出了如下结论:在约束位置取定时增加约束刚度,或在约束刚度取定时增大约束位置至管的固定端的距离,均会使得管道的稳定平面周期运动对应的质量比区间减小,稳定空间周期运动对应的质量比区间增大;约束位置距管的固定端越远,约束刚度的变化对管道动力学行为的影响越明显.最后,对上述通过投影法和平均法得出的结论,本文在特定的质量比处数值求解了原振动方程的6模态Galerkin离散化方程,绘制了位形图、相图和Poincaré映射图,计算了频率,从而验证了相关的分析.

可压缩气体中带电Newton流体平面液膜的不稳定性分析

液体雾化被广泛应用于工业、农业等领域,雾化过程中液体首先形成液膜,液膜在气液边界层内出现不稳定,导致液膜破碎。因此液膜的不稳定性对液体雾化起着非常重要的作用,有必要对液膜的不稳定性进行研究。采用数值计算的方法对可压缩气体中黏性平面液膜的不稳定性进行了研究,首先对黏性平面液膜和气体的速度分布进行推导,在此基础上采用谱方法对黏性平面液膜的不稳定性进行了研究。研究发现:在正弦和曲张模式下,施加电场会加速平面液膜的破碎;正弦模式比曲张模式更加不稳定,说明正弦模式在平面液膜不稳定中起主导作用;气体Mach数、电Euler数、气体Reynolds数、Weber数和动量通量比的增加会加速液膜的破裂;随着气体边界层与液膜厚度比和液体Reynolds数的增加,扰动波的增长速率降低,液膜变得更加稳定。

PIV的原理与应用

PIV是一种无扰动的二维流场测试技术。随着计算机技术、图像处理技术的快速发展 ,该技术近10年来有了长足的发展。详细阐述了PIV系统的结构与互相关分析原理 ,不但提供了在单向流实验中ADV与PIV的对比结果 ,而且提供了桩基码头模型时的涡流场分布 ,充分体现了PIV的实用价值。

PIV测试技术及其应用

粒子图像测速(PIV)是一种基于流场图像互相关分析的二维流场非接触式测试技术,在流场测量中占有非常重要的地位。首先介绍了PIV技术的测试原理及应用特点,阐述了其在船舶拖曳水池、柴油喷雾、气固多相流动及离心泵内部流场领域的应用状况,同时指出了PIV技术的未来发展方向。

基于图像互相关的PIV技术及其频域实现

详细介绍了PIV(粒子图像测速法)技术的频域实现,包括实现互相关分析的傅里叶方法,以及对速度矢量合理构造后利用频域滤波技术对错误矢量的修正方法。提供了波浪实验中的垂向二维流速分布、潮流实验中含有旋涡的表面二维流速分布及其修正后的相应矢量图,充分体现了方法的可靠性与实用性。

裂缝性地层H-B流型钻井液漏失流动模型及实验模拟

随着油气勘探开发逐步面向深层、超深层、深水、高温高压高含硫及多压力层系等复杂地层,井漏问题异常严峻,严重迟滞了油气勘探开发进程。因此,开展钻井液漏失诊断研究,揭示钻井液漏失动态行为及其特征,对认识井漏和优化防漏堵漏技术有重要意义。建立了二维平面裂缝H-B流型钻井液漏失流动模型,揭示了钻井液漏失动态行为及其影响因素。研究结果表明,二维平面裂缝的纵横比、裂缝面积、延伸长度、裂缝变形及裂缝面倾角越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越大。钻井液稠度系数及动切力越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越小。利用高温高压钻井液漏失动态评价仪评价了0.5 mm和1mm缝宽的平面裂缝的钻井液漏失行为,与漏失模型模拟结果整体趋势吻合,误差小于25%,表明所建二维平面裂缝钻井液漏失流动模型具有一定的合理性。

压电-电流变平面二维步进式驱动器

首次提出了一种利用压电效应和电流变效应相结合的新型平面步进式驱动器。研制的驱动器包括 4个提供驱动力和产生位移的多层压电致动器 ,以及 4个用来箝位的电流变箝位器。根据仿生运动模式 ,箝位器与压电致动器采用不同的运动组合 ,可分别实现沿 x向或 y向的蠕动式步进运动。实验结果显示 ,平面步进驱动器样机在 x向和 y向都能灵活运动 ,并具有大行程和低于 0 .1μm的高的分辨率特性。驱动器的最高步进速度为 6 m m/min,最大承载能力为 1.70 N。

新型冷却结构超高精度平面电机定子温度场分析

根据超高精度平面电机温升指标和运行特点,采用一种新型的双层直接水冷结构形成热绝缘,减少热量的扩散。根据计算流体力学理论,对试验样机的定子部件建立数学模型,运用ANSYS Workbench软件中FLUENT模块对平面电机定子流固耦合传热模型进行仿真计算,得到不同水冷结构和不同工况下冷却液的流场、定子部件的温度场分布。将耦合场计算结果与实测结果进行对比分析,确定定子部件局部热点、温度传感器的安放位置和不同工况下冷却液的流量。研究结果为平面电机的结构、驱动器和冷却系统的优化设计提供了理论依据。

面向变矩器设计性能的平面流模型选用方法

为探求叶轮平面流模型与变矩器起步转矩比、效率、最大能容等设计性能间的动力学映射关系,以双涡轮液力变矩器为研究对象,提出了面向变矩器设计性能的叶轮平面流模型选用方法。在通过变矩器台架试验验证其计算流体力学(CFD)仿真精度的基础上,利用正交试验法,将变矩器4个叶轮及反势流、等速流和有势流模型3种典型平面流模型的全部组合设计为9个叶轮及平面流模型的组合模型,并进行CFD仿真试验。依据仿真试验结果,定量分析不同叶轮平面流模型对变矩器各设计性能的影响,对于叶片角组合满足基本设计性能要求的变矩器,可以通过选用合适的叶轮平面流模型,提高其性能:若以起步转矩比评价变矩器,采用导轮为等速流或有势流、第一涡轮为有势流或反势流模型;若以效率评价变矩器,采用导轮为等速流或反势流、泵轮为反势流模型;若以最大能容评价变矩器,采用导轮为等速流模型。所提面向变矩器设计性能的叶轮平面流模型选用方法,可以在叶片数、叶片角度、叶片厚度不变的情况下,通过合理选用平面流模型提升变矩器某方面性能,对提高其变矩器设计性能具有工程参考价值。

平面弹性管束管内流固耦合振动特性有限元分析

弹性管束换热器利用流体诱导振动实现强化传热,识别流固耦合作用下弹性传热元件的振动特性对于研究其强化传热机理、优化管束结构等具有重要意义。基于此,采用有限元法研究平面弹性管束在管内流体流动作用下的振动特性。通过多点约束方程约束四根管束自由端位移,对管束自由端的连接体采用集中质量法进行简化,利用坐标变换统一弹性管束四根弯管的单元矩阵,在此基础上建立管束振动状态方程,分析不同流速下平面弹性管束的频率变化及振型特点,求解管束振动失稳的临界流速。结果表明:平面弹性管束的阵型分为面内和面外振动,随着管内流速的增大,管束基频明显降低,管束失稳临界流速在3.3565～3.3569m/s之间,远大于弹性管束换热器实际工作条件下的管程流速。

板型燃料组件内部温度场数值模拟

以板型燃料组件为研究对象,采用商用流体力学计算程序CFX5对板型燃料组件内部温度场进行数值模拟。数值计算结果表明:燃料组件不同流道的流速分布和温度分布均较均匀,单一流道的流速分布和温度分布也较均匀。燃料板所构成的各流道从外到内流速变化不太大,在中间流道内流速稍小一些,但差值很小;燃料组件单一流道内的流速在壁面附近快速减小,壁面上流速为0。燃料板和定位梳的温度最高,侧板温度与板间流体温度相近,侧板外侧的流体温度较低。

温度和黏度对PLIF的影响

平面激光诱导荧光（PLIF）用于测量流体流动过程的浓度场，混合流体的浓度和温度及示踪物质的浓度都会对结果产生影响。为了把PLIF方法用于黏性流体的混合研究，设计实验用以探究混合流体的浓度和温度及示踪物质的浓度这些因素对PLIF结果的影响。在实验中罗丹明B（RhodamineB）作为荧光染料，氩离子激光器作为激光光源。流体黏度、流体温度、罗丹明B的浓度在实验中可相应改变用以研究这些改变对荧光强度的影响，比如流体黏度从1mPa·s增加至200mPa·s。CCD照相机用以作数字图像采集，采得的图像作数字图像处理。混合液装于密封良好的3．5mL的玻璃容器中，玻璃容器放置于可控温度的水浴中以控制混合流体温度。结果表明：溶液黏度增加使得荧光光强增加，温度增加使得荧光光强减弱，在溶液黏度从1-200mPa·s范围内，荧光光强与染色剂浓度成正比，所以PLIF能用于测量黏度从1～200mPa·s范围内的流体混合现象。

平面叶栅内不可压流动的N—S方程有限元分析

平面叶栅内不可压流动的Ｎ—Ｓ方程有限元分析戴韧，陈康民（华东工业大学动力工程学院上海２０００９３）关键词平面叶栅，不可压流动，有限元Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组直接应用于叶轮内不可压流动研究有二点困难：（１）速度场散度条件处理的困难；（２）复杂的...

内、外边界定压条件下地层压力的解

本文在内、外边界定压的条件下得到了平面单向流和平面径向流两种渗流形式在拉氏空间的解析解,利用Ste hfest数值反演方法给出了地层各点的压力分布曲线,由这些曲线可以清楚地看到流体的流动由不稳态流向稳态流过渡以及最后达到稳态流的过程。本文给出的压力解可用于准确预测油井(或水井)由开井达到稳定生产所需要的最小时间,同时也是对油藏渗流力学基础理论的一个有意义的补充。

油水两相平面径向渗流压差时量理论研究

平面径向渗流过程中井底与油层外边界之间存在压差,为了研究压差随时间不断变化的情况下油水两相渗流,开展了压差时量概念的完善及其函数关系研究。利用径向流基本渗流理论推导压差时量的函数关系式,使用数值模拟方法和公式计算方法对具体算例进行计算对比。研究工作取得了较为理想结果,完善后的压差时量概念适用于平面径向渗流,分油水井两种情况,得到了压差时量与累计产液量或累计注水量之间的函数关系式,算例的数值模拟结果和公式计算结果相互符合。研究表明,根据油水井情况的不同,压差时量是累计产液量或累计注水量的函数;影响压差时量的因素有相对渗透率曲线、油黏度、水黏度、渗透率、单位厚度油层累计产液量或累计注水量、未打井外边界内单位厚度圆盘状油层的孔隙体积、单位厚度井筒半径内可容纳圆形多孔介质的孔隙体积。

平面连杆机构与流体机械的创新

介绍了平面连杆机构如何衍生出上百种流体机械产品,探讨了这种衍生及创新的方法和途径,并探索如何以这种途径和方法来构思、设计出更新的流体机械产品.

ZS区块提速提效钻完井技术优化与实践

ZS区块天然气储层岩性为流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩,具有高硬度、高研磨性、强非均质性,裂缝发育,富含酸性流体等特性。邻井平均机械钻速低至1.49 m/h,平均钻井周期长达137.12 d,易发生井漏、套管腐蚀等问题,并且后期增产作业及开采过程中,水泥环密封失效,导致井口带压。通过“一趟钻”技术优化井身结构,优选与地层配伍性好的非平面齿钻头,优选油包水钻井液体系,根据储层特征优化完井方式,分析CO_(2)腐蚀影响因素选择套管,采用自修复水泥浆技术预防井口带压,实现平均钻井周期缩短至69.82 d,三开平均机械钻速3.11 m/h,较邻井提高108.5%,钻井过程中无井漏、井塌等复杂情况,固井后无环空带压问题。

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.

平板收缩流的对数构象模拟

本文采用对数构象方法,结合同位网格有限体积离散,对由Oldroyd-B本构模型描述的粘弹性流体流动的高We数问题(High Weissenberg Number Problem,HWNP)进行了研究,对等温不可压条件下的平面Poiseuille流和4:1平板收缩流进行了数值模拟.平面Poiseuille流在不同We数时的数值结果验证了对数构象方法在简单流动中的有效性.在4:1粘弹性收缩流的数值模拟中,对数构象方法和传统方法在低We数时流场中的流线、应力等的对比结果验证了对数构象方法在复杂流动中的有效性.高We数时的数值结果表明:对于Oldroyd-B模型,对数构象方法可提高求解时的稳定性,并可将临界We数由传统方法的2.5提高到5.0.

电场强化层流搅拌的荧光可视化试验及模拟分析

在层流搅拌中,搅拌桨的周期性扰动使搅拌槽内出现封闭、孤立的环状隔离流场。隔离流场严重阻碍了搅拌介质之间的有效交换,降低了搅拌效率。本文提出外加电场以强化层流搅拌的方案,利用电流体动力学效应改变流场的对称结构,消除混合死区。试验采用平面激光诱导荧光(planner laser induced fluorescence,PLIF)技术实现了搅拌槽内流场结构的实时可视化,并通过自编程程序识别并计算出非混合区域面积百分比。结果表明,随着电场强度的增大,混合效率逐渐提升,当电场强度为1.5kV/cm时混合效率可达98%。研究建立了基于有限元法及浓度扩散模型的混合搅拌模拟平台,探究搅拌槽内部流场结构时空演变规律。通过模拟分析发现,当外加平行板电场强度达到0.5kV/cm以上时,搅拌槽内部出现明显的二次涡流。二次涡流的出现与径向混合相互作用从而不断削弱隔离流场。在电场强度不变的条件下,外加周期性电场可以进一步提高搅拌效率,电场强度1kV/cm条件下的外加周期性电场可以使搅拌效率提升至98%以上。