Analysis of Bingham fluid radial flow in smooth fractures

Solutions for radial flow of a Bingham fluid are analyzed in this paper.It aims to eliminate confusions in the literature concerning the plug flow region in different solutions for analysis and design of grouting in rock fractures.The analyses based on the force balance equation reveal that the plug flow region in Bingham radial flow is independent of the fracture radius,and is not a growth function adapted from the solution of one-dimensional(1D)slit flow according to‘similarity’.Based on the shear stress distribution,we analytically proposed that a non-uniform plug flow region cannot exist.The Bingham fluid(grout)penetration and flowrate evolution as functions of grouting time are given using the correct expression for the plug flow region.The radius-independent plug flow region and the presented flowrate evolution equation are also verified numerically.For radial flow,the relative penetration length is equal to the relative width of plug flow region,which is the same as that for 1D channel flow.Discrepancies in analytical solutions for grout penetration and flowrate evolution were also illustrated.The clarification of the plug flow region and evaluation of discrepancies in analytical solutions presented in this work could simplify modeling and design of grouting in rock engineering applications.

汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析

针对汽轮发电机带有交替径向通风道的转子发热冷却问题,以一台350 MW水氢氢冷汽轮发电机为研究对象,依据流体力学和传热学的基本理论,首先建立计及旋转的电机全域通风网络模型,采用逐次迭代法计算得到各支路流量和节点压力。其次,建立了带有交替径向风道的发电机转子流体-传热三维物理模型和数学模型,给出了基本假设和相应的边界条件,同时将通风网络计算得到的风速和压力作为转子求解域的耦合边界,采用有限体积法进行求解,计算结果与实测值吻合。然后分析了交替径向风道内流量分配和氢气流动情况,研究了转子内部氢气温度分布和槽楔出风口风温变化规律,探明了转子绕组和铁心轴向温度分布特性,讨论了副槽入口流量和槽楔出口直径对转子流体和温度的影响。得出副槽入口流量应控制在0.1~0.16 m^(3)/s范围内,且选择较小的槽楔出口直径,可以提高通风系统的效率与风量分配均匀性,降低转子轴向热不平衡。

径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响研究

为了研究径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响规律,根据高速轴承内部流动特征建立了数值计算方法,针对包含输油通道、径向油孔和轴承组件的物理仿真模型开展了油气两相流动计算,对比并讨论了不同径向油孔结构下轴承内部的油气分布和黏性摩擦损失。数值模拟结果表明,径向油孔孔径增大后轴承内部的平均滑油体积分数单调增加且滑油分布更均匀。径向油孔布设在周向油槽的同侧有利于提升轴承内部的平均滑油体积分数,同时滑油沿周向分布的均匀性较好。轴承组件表面扩展参数受径向油孔结构的影响,其变化趋势与平均滑油体积分数的变化相似。全部采用经验公式预测得到的黏性摩擦损失整体偏高,且不能反映径向油孔结构参数的影响,数值模拟和经验公式相结合计算得到的黏性摩擦损失与直接采用数值模拟获得的结果表现出较好的一致性。

考虑启动压力的非牛顿幂律流体产能计算新方法

针对现有稠油油藏非牛顿幂律流体的产能计算方法缺乏实用性的问题,基于非牛顿幂律流体的产能公式,考虑非牛顿幂律流体特性和启动压力梯度,建立了稠油油藏产能计算新方法。根据幂律流体径向稳定渗流模型建立定向井产量模型,结合Joshi水平井产能公式,利用儒柯夫斯基变换将平面椭圆流变换为平面径向流,并根据水电相似原理的等值渗流阻力法,推导建立了考虑启动压力梯度的非牛顿幂律流体的水平井产能新公式。矿场应用表明,新方法计算结果与现场实际生产结果对比,误差均小于10%,在允许误差范围内,满足生产需求,具有较好的实用性。新方法为同类型油藏的产能评价提供了一定的技术借鉴。

应力敏感影响下低渗透气藏水平井产能分析

低渗透气藏不但存在启动压力梯度,而且还存在应力敏感。通过大量调研发现,在对低渗透气藏水平井产能研究中,更多的是考虑启动压力梯度的影响,而没有考虑应力敏感。为此,在前人研究的基础上,根据低渗透气藏水平井渗流特征,将其分为远井区和近井区,按照稳定渗流理论,推导出了同时考虑启动压力梯度和应力敏感影响的低渗透气藏水平井稳定渗流产能公式。在此基础上,进一步讨论了启动压力梯度和应力敏感对低渗透气藏水平井产能的影响。研究结果表明:启动压力梯度、应力敏感对低渗透气藏水平井产能的影响不可忽略;随着启动压力梯度和应力敏感系数的增大,低渗透气藏水平井产能降低,无阻流量减小。

径向流和圆环流磁流变阀压降性能分析与试验

设计了径向流动式和圆环流动式2种不同液流通道结构的磁流变阀,并分别对其工作原理进行了阐述;推导了径向流和圆环流磁流变阀的压降数学模型。采用有限元法(FEM)分别对径向流和圆环流磁流变阀的电磁场进行了建模仿真,在结构参数和磁场参数相等的情况下分析了径向流和圆环流2种液流通道结构的磁流变阀压降变化规律。搭建了磁流变阀压降性能试验台,对不同加载电流及不同模拟负载下的径向流和圆环流磁路变阀的压降性能进行了试验分析。仿真和试验结果均表明同样结构参数和磁场参数下的径向流磁流变阀产生的压降大于圆环流磁流变阀产生的压降。

两级径向流蜿蜒式磁流变阀结构设计与动态性能分析

设计了一种具有复杂液流通道结构的两级径向流蜿蜒式磁流变阀,其液流通道主要由2段圆环轴向流、4段圆盘径向流及3段中心小孔流组成。阐述了两级径向流蜿蜒式磁流变阀的工作原理,并推导了其压降数学模型。采用有限元法（FEM）对两级径向流蜿蜒式磁流变阀电磁场进行了建模仿真,分析了磁流变阀压降变化规律,仿真结果表明加载电流为0.8 A时压降为5.81 MPa。搭建了磁流变阀压降性能及响应特性测试实验台,对不同加载电流及不同模拟负载下的磁流变阀压降性能进行了实验分析,结果表明加载电流为0.8 A时压降可达5.77 MPa,与仿真结果基本相符。同时,对磁流变阀压力响应时间进行了测试分析,实验结果表明所设计的磁流变阀响应迅速,响应时间在3～7 ms之间;并且响应上升时间比下降时间短;负载对响应时间没有影响;激励电流越大,响应越快。

径向移动床反应器流场特性及其数学模拟

本文根据主流道变质量流及颗粒床层气固流体力学理论，建立了完整的径向移动床反应器流体力学数学模型，开发了模拟计算床层气相二维流场的一种新的数学方法及相应的计算程序。借此可以模拟计算床层气相压力和轴径向速度的二维分布、内外主流道压力和流速分布以及布气孔道的过孔气速和压降。根据模拟计算结果，提出首先优化设计两主流道截面积分配，然后采用变开孔率设计消除开孔区端效应的两步设计方法。借此实现径向移动床反应器的优化设计及优化操作。

中心气升式三相强化环流反应器内局部气含率分布的实验研究

在连续操作的状况下,在φ300mm×1700mm 的中心气升式三相强化环流反应器内,测量了 0.0059m·s^(-1)≤Ugr≤0.1895m·s^(-1)、Ucir=0、0.0307、0.0511m·s^(-1)、ε_(Ls)=5%、10%、15%时反应器内不同轴、径向位置处的气含率。实验发现,连续操作的中心气升式强化内环流反应器可以分为 6 个不同的流动区域:内环分布器下部区、分布器区、中心下料管影响区、导流筒上行区、气液分离区和环隙区,各区域内的气含率分布各不相同,但均随着 Ugr 的增加而增加。外循环液体的引入使气含率在导流筒内沿径向的分布更趋于均匀。在本实验范围内固体颗粒装载量对整体气含率影响较小,在内、外环间循环的气泡量可以忽略不计。测量了不同 Ucir时的气泡穿透深度,得出了气泡实现循环的临界气速。

岩体单裂隙辐射流水力耦合试验研究

通过构造具有不同几何特征的裂隙,综合考虑粗糙度、法向压力、剪切位移的影响,研究了单裂隙辐射流条件的剪切渗流耦合特性。结果发现不同裂隙的渗流量和渗透系数随剪切位移变化明显,且法向压力的作用也随剪切位移增加而改变;对于表面轻微破坏的裂隙,初始剪切位移会增加裂隙渗透性,随后达到基本稳定,但裂隙一旦发生严重破坏并生成较多填充物,进一步剪切将会减小裂隙渗透性及导致其随剪切位移波动;对于生成大量填充物的裂隙,由于较高的水压会引起填充物在裂隙内重分布,从而封堵渗流路径,减少渗流量;在强耦合过程中裂隙渗透性随剪切位移的变化很难用一个统一关系表达式来描述,但粗糙度和法向压力的影响均与不同剪切阶段呈很强的关联性。

一种高效磁流变阀及其特性测试

介绍了一种同时具有圆环形和圆盘形阻尼间隙的磁流变阀的原理、结构及其模型,建立了测试磁流变阀的磁流变液压执行器系统及基于dSPACE实时仿真系统的虚拟测试系统。研究结果不仅显示实际测试结果与理论模型的一致性,而且表明当电流增加到0.80A时同时具有圆环形和圆盘形阻尼间隙的磁流变阀能产生最大压降,并且在一定压力作用下对磁流变液具有最佳阻断能力。

径向反应器的研究与应用进展

介绍了径向反应器在流体流动方面的特点和优点,对径向反应器的数学模型研究的进展进行了详细的讨论,介绍了径向反应器在合成氨、CO变换、甲醇氧化重整制氢、催化重整、乙苯催化脱氢制苯乙烯等方面的应用。认为通过计算流体力学的方法,对径向反应器的流动行为进行模拟是径向反应器发展的趋势之一,结合径向反应器的优点,进一步拓展径向反应器的应用范围是其发展趋势之一。

径向流固定床反应器内流动规律的数值模拟

采用计算流体力学方法,从计算流体力学的基本方程出发,引入孔隙率和阻力系数,建立径向固定床反应器内流体流动的数学模型。在计算流体力学商业软件 FLUENT6.1上,对4种流动类型径向流固定床反应器内流场进行了数值模拟研究,得到了固定床反应器内详细的速度和压力分布情况。模拟结果表明,在径向流固定床反应器中,在床层阻力作用下,大部分气体沿径向方向流过床层,在床层中部速度分布比较均匀。4种流动类型反应器中,离心流动优于向心流动,离心Ⅱ型优于离心 Z 型;向心 Z 型反应器内流体流动的轴向分布最不均匀,其次为向心Ⅱ型、离心 Z 型和离心Ⅱ型,离心Ⅱ型反应器中流体流动分布最均匀。

面向轨道车辆抗蛇行振动的磁流变脂阻尼器设计与台架测试

针对磁流变液阻尼器存在磁场利用率不高和磁流变液沉降导致控制特性劣化的问题,提出一种基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器方案,将磁流变脂的多级径向流动分解为源流与汇流的对称组合,建立了磁流变脂径向流动的分析模型。利用磁流变脂微单元平衡得出了磁流变脂尊静态径向流动微分方程,采用磁流变脂双粘度本构模型和无滑动边界条件,导出了磁流变脂径向流动速度分布函数和径向压力梯度分布函数。绘制了磁流变脂在不同半径处流动速度分布图,得到了磁流变脂阻尼器的阻尼力计算方法。按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器样机,利用J95-I型油压减振器试验台对其示功特性进行了测试,结果表明在不同激励电流下的磁流变脂阻尼器理论示功特性与实验示功特性能较好吻合。

径向反应器流体流动行为研究

研究了径向反应器流体流动行为。从动量定理出发推导出动量恢复模型，测定了主流道动量恢复系数和分流、集流情况下的穿孔阻力系数，为主流道设计提供了依据。

磁流变复合液压执行器及其效率研究

介绍了一种可同时实现定位(驱动)与可控阻尼的磁流变复合液压执行器的原理及系统结构,研究了在入口压力较高时磁流变阀不可能完全理想关闭情况下桥式磁流变阀路的效率问题,建立了基于桥式磁流变阀路的磁流变复合液压执行器定位(驱动)时的效率模型。

幂律流体不稳定径向流的数值解法

对微可压缩非牛顿幂律流体在均质多孔介质中的非稳定径向渗流方程进行了回顾和对比，用有限差分方法建立了微分方程的数值解法．研究了时间步长、空间步长对数值解精度和稳定性的影响，并结合算例绘出了不同流性指数的瞬时压力曲线．该研究结果可用于非牛顿流体渗流机理研究及试井分析．

时变性浆液径向扩散流的模拟研究

作者建立了浆液在裂隙中作径向扩散流的锋面运移方程，对锋面的运移过程进行了计算机模拟。模拟时考虑了裂隙的倾角和含水情况，将浆液视为与时间有关的宾汉流体，并就不同的地质、材料和工艺参数所得到的模拟结果作了对比。

径向通风电机流体流动及传热特性分析

为研究径向通风电机内部流体分布、传热性能及温升特性,根据径向通风电机通风结构及传热特点,建立三维流动及传热耦合的物理模型和数学模型,结合工程实际给出基本假设和边界条件,采用有限体积法对流体场及温度场进行求解,得出电机内部冷却介质流动性能、传热特性及电机各部件的温升分布情况。最后,对电机定转子股线、绝缘及铁心温升分布做了详细分析,获得电机温升分布趋势及温升最大值的位置。为径向通风电机综合物理场的准确计算以及通风结构的优化提供了理论依据。

基于多级径向流动模式的磁流变液减振器设计理论与试验研究

根据实验得出磁流变液流变学参数,建立磁流变液剪切应力的误差函数,利用多参数优化理论和数据拟合方法对Eyring本构模型的参数进行辨识;针对传统环形阻尼通道磁流变液减振器磁场利用率不高、能耗较大的问题,结合轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,提出一种基于多级径向流动模式的磁流变液减振器,根据流体力学建立磁流变液准静态径向流动的控制微分方程,利用艾林(Eyring)本构模型推导出径向速度随通道半径的理论分布和径向压力随通道半径理论分布,得出减振器阻尼力的计算方法。为验证理论分析的合理性,按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术条件,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变液减振器,并利用J95-I型油压减振器试验台对磁流变液减振器进行示功特性测试,比较理论阻尼力与实验阻尼力的变化规律,分析产生误差的主要原因。实验表明:实验阻尼力与理论阻尼力能够较好吻合。