基于有效介质理论的碳化硅复合包壳管热导率计算模型

核燃料包壳热导率是核燃料元件传热性能研究和核安全设计的重要参数,SiC复合包壳的双层结构和其内层的SiC/SiC复合材料特性增加了预测包壳导热性能的复杂性。为预测双层SiC复合包壳及内层复合材料热导率,基于Markworth有效介质理论,考虑孔隙率、温度、中子辐照等因素对SiC/SiC复合材料热导率的影响,在Markworth有效介质理论模型的基础上进行修正,计算了第二代、第三代SiC纤维增强的不同类型SiC/SiC复合材料热导率,并建立了双层SiC复合包壳热导率计算模型,初步预测了核电厂稳态运行期间双层SiC复合包壳的热导率。计算结果表明,核电厂稳态运行4个月后,辐照肿胀变形达到饱和,含第二代纤维的包壳热导率为3.9 W/(m·K),含第三代纤维的包壳热导率为4.8 W/(m·K)。

水介质空化溃灭作用下不锈钢表面损伤实验及教学拓展

针对水介质空化溃灭作用下不锈钢材料的气蚀损伤问题,研究了空化气蚀后的形貌、物相、化学态、电化学等特性。研究结果表明:纯水中金属离子的加入,强化了空泡溃灭的动力学作用,由于相较于纯水空化中的水锤作用,金属离子的硬度远大于水,因此造成的动力学作用更强,气蚀损伤也更剧烈;空化溃灭时能够在短时间内释放高温传递至不锈钢表面,并经过纯水介质的快速冷却,导致出现马氏体结构,但是大量金属离子的存在使得热传导速度降低且部分热量被吸收;经空泡溃灭作用后,不锈钢表面钝化膜出现早期微孔,微孔相较于周边基体区域较低,孔内外的溶液难以分散,形成浓度差,导致孔底电流密度升高,从而使p H值降低;相较于纯水,3.5%NaCl溶液含有更多的自由离子,其形成的局部电流密度更大,因此耐蚀性更差;随着空化时间的延长,试样对应的钝化区逐渐消失。

ERA5再分析数据在中小型水库水位模拟的适用性分析——以长江水库为例

库前水位是中小型水库流域重要的观测数据,再分析数据为中小型水库水位模拟提供了可选方案,但是其适用性有待评估。以中山市长江水库流域为例,评估了不同时间尺度下ERA5、ERA5-Land再分析降水、潜在蒸散发数据的准确性,并基于耦合水库调洪的三水源新安江模型,设置不同输入情景,分析了ERA5、ERA5-Land降水、潜在蒸散发数据在水库水位模拟中的适用性。结果表明:在年、月、日尺度下,研究区2种再分析降水数据与实测降水均具有明显的一致性,而再分析潜在蒸散发数据与实测蒸发的一致性较弱;7种水位模拟情景下,率定期的NSE均可达到0.6以上,验证期因为输入的不同存在差异;ERA5再分析数据的适应性好于ERA5-Land,再分析潜在蒸散发数据可作为模型蒸发数据的替代输入,而再分析降水数据不宜直接用于模型输入。研究可为ERA5、ERA5-Land数据在缺资料水库水位模拟预报的应用提供参考,为中小型水库流域构建可靠的水文模型提供可行方案。

中小型河流污染负荷特征自动提取方法研究——以济宁河流为例

为提高河流污染治理的合理性,提出中小型河流污染负荷特征自动提取方法研究。分析河流污染源主要包括工厂污染、生活污染、养殖污染以及农业污染,确定每类污染负荷计算公式,明确污染排放量,建立三层水箱模型,模拟水源与污染物的流入扩散过程,以降水量、蒸发量和用水量为模型输入参数,将综合水质指数作为污染负荷特征指标,经过模型计算即可提取出河流的负荷特征。实验以济宁河流为研究对象,分别从时间与空间两方面实现特征提取,提取结果表现为:河流冬季污染比夏季严重,且下游综合水质指数高,污染物沉积严重,中上游污染较轻。

高速列车对复杂隧道内空气压力的影响

复杂隧道内空气压力特性是隧道设计的重要参数,必须进行深入研究。为提高试验中信号强度和改善测量精度,采用水流代替气流作为流体介质进行复杂隧道模型实验,并研究竖井及中隔墙对空气压力特性的影响。得出了高速列车不同运行速度时复杂隧道内不同位置处的空气压力变化规律,即竖井可明显地降低隧道内的空气压力峰值和梯度,而中隔墙将恶化隧道内的空气压力环境。因此,在可能的情况下,对于复杂体型的长隧道,应尽量布设竖井而避免中隔墙。

煤系地层(酸性水介质)的砂岩储层特征及成岩模式

煤系地层的砂岩中所含水介质呈酸性，致使其砂岩储层具有碳酸盐胶结物含量低、硅质胶结物含量高、粘土矿物中富含高岭石的显著特点。由于各种成岩作用，特别是压实作用和硅质胶结作用的影响，使得华北石炭－二叠系煤系地层的砂岩储层属于低孔低渗型，其孔隙类型主要为次生孔隙。表生成岩作用是形成良好储层的主要作用。华北石炭－二叠系构造演化史的研究表明，在印支期及燕山晚期该区有两次抬升，使砂岩遭受风化和淋滤，长石等矿物溶解形成大量次生孔隙，储集性得到改善。其有利孔隙带的分布与不整合面有密切关系，孔隙率随着远离侵蚀面而变小。

水介质中船体板架模型与冰体碰撞试验研究

本文初步引入了对船冰碰撞过程中水介质存在作用的思考,来验证船-水-冰耦合碰撞数值仿真方法的合理性和可行性以及深入研究水介质中船体与冰体碰撞的结构响应问题。文中以某实船舷侧板架为研究对象,以缩尺比1:10加工模型,在水池中测得不同速度冰体撞击板架过程中板架结构各部位的应变值以及板架变形量;建立与模型试验相同的板架与冰体模型,进行数值仿真,将试验和仿真计算获得变形及应力峰值作对比,从而总结出不同撞击速度对船-水-冰耦合碰撞结果的影响规律。

气体钻井地层出水量理论模型

为了准确预测气体钻井施工过程中出水层位的地层出水量,根据渗流力学的基本原理,并结合气体钻井的实际工作状况,分别分析并建立了钻头钻入水层厚度小于井径、大于井径、完全钻穿水层和钻头已部分钻穿水层但尚未整体脱离水层四种情况下的地层出水量的理论预测模型。在塔里木油田的现场实验表明,理论模型的计算结果和现场实际测量的出水量相比误差在10%左右。该理论模型可以适用于气体钻井过程中出水层位出水量的计算,具有推广价值。

非饱和土路基毛细作用分析

为研究毛细作用对非饱和土路基土含水量的影响,分析了非饱和土路基毛细作用现象机理,探讨了毛细水上升高度的影响因素,在土颗粒等粒径假设下导出了毛细水上升高度与时间、土颗粒大小排列关系及毛细水半径效应;利用多孔介质理论建立路基土毛细作用多孔介质模型,探讨了多孔介质模型下的非饱和土渗透率关系;基于毛细水流质量守恒和路基毛细作用模型及土-水特征曲线,求得路基毛细水达到最大高度所需要的时间和单位体积路基土毛细作用下含水量的变化关系。路基含水量与地下水位(GWL)具体试验观测数据对比表明:毛细作用对路基含水量变化的影响较显著。

水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究

针对我国稠油油田较多和油田含水率高的特点,运用VOF多相流模型对地面集输管网中较为常见的水平T型管内油水两相流流动进行数值模拟。给定条件下中质稠油含水率为80%,流速1.5m/s,模拟结果为油水两相流属于水包油型分散流型,水作为基本相,油为分散相。分支前主管段内压力值以300Pa/m的速率线性减小,分支处主管段内压力值有所增大,而后随着流动线性减小,分析了支管段内油水两相流的压力降机理。研究结果对于优化管网结构、合理设计管道参数、管道腐蚀与防护具有重要作用。

南方丘陵季节性干旱区节水单季中稻模式的生态经济分析

运用生态经济学原理,采取实地调查和田间试验方法,研究南方丘陵典型季节性干旱区新型节水单季中稻模式生态系统的物流、能流特征及其经济效益与生态环境效益。结果表明,与常规稻模式相比,新型节水单季中稻模式的综合效益较高。从经济效益来看,与常规双季稻模式相比,新型节水单季中稻模式的纯收入、成本收益率分别增加104%、144%;与常规单季中稻模式相比,新型节水单季中稻模式的纯收入、成本收益率分别增加83%、21%。从生态环境效益来看,与常规双季稻模式相比,新型节水单季中稻模式的灌溉水量、农药施用量、化肥施用量分别减少34%、5%、32%;与常规单季中稻模式相比,新型节水单季中稻模式的灌溉水量减少8%,且每年削减非点源N污染负荷13.4 kg/hm2。

中粗砂中吸力锚的负压沉贯模型试验研究

吸力锚是海洋工程中广泛采用的一种基础形式。其沉贯能力(即达到预定海床位置)是其承载力达到设计要求的重要保证。国内外针对吸力锚在细砂、粉土和黏土中的沉贯性进行了较多理论及模型试验研究,但对中粗砂研究相对较少。分别针对不同水位深度和不同抽吸速度条件,对吸力锚在中粗砂中的沉贯性进行了大量模型试验研究和分析,得到了负压与沉贯深度的关系。通过沉贯方案对比,得出了吸力锚负压沉贯的最佳试验条件。通过有机玻璃吸力锚对比沉贯试验,直观展示了沉贯过程中吸力锚中"水塞"和"土塞"的形成过程。吸力沉贯与压力贯入对比试验表明,负压导致的渗流显著降低了吸力锚的沉贯阻力,是中粗砂中得以沉贯的主要原因。基于试验成果,提出了模型试验条件下,吸力锚沉贯计算的理论公式。

城市用水量中长期预测模型的研究

城市用水量中长期预测结果 ,对于给水工程运行管理和城市基础设施规划有着重要的意义。认为城市中期用水量的预测应采用BP网络预测模型 ,长期用水量的预测应采用灰色预测模型 ,并通过实测验证了BP网络预测模型和灰色预测模型的合理性。

大庆探区复杂储层测井综合评价技术

通过对松辽盆地北部中浅层砂泥岩储层、深层火成岩及海拉尔浅变质砂岩双孔隙介质储层测井评价难点进行深入分析,指出砂泥岩储层产油、产水或油水同出评价不准的主要原因在于水的可动性评价。针对陆相砂泥岩孔隙介质储层提出了自由水、微孔隙水、粘土水的概念,并以此为基础建立了三水饱和度模型。该模型为油水可动性的评价提供了新的有效手段,实际应用效果良好。通过岩心刻度测井的方法,开展了岩性识别、定量计算裂缝参数等基础研究。建立了常规与成像等测井新技术结合的火山岩岩性识别图版;修订了成像及双侧向裂缝宽度计算公式;明确了成像频谱分析技术是评价以碎裂网状缝为特点的浅变质致密砂岩储层物性最有效的方法,同时给出了Archie 模型中的岩性系数a 和胶结指数m;研究形成了在火山岩喷发期次指导下的火山岩储层细分方法与标准及流体性质判别等一整套双孔介质储层测井评价方法,在生产实际中见到了较好的效果。

泥质砂岩水淹层有效介质对称复电阻率模型

鉴于目前复电阻率测井在水淹解释中只限于定性应用,尚未进行定量应用,基于泥质砂岩电阻率频散特性实验研究成果,利用有效介质对称各向异性导电理论,建立泥质砂岩水淹层有效介质对称复电阻率模型.通过对该模型的影响因素分析,发现随频率、黏土电导率、黏土体积分数增大,复电阻率模值减小.通过岩样复电阻率实验数据精度验证和实际测井资料解释结果对比表明,文建立的复电阻率模型可用于水淹层的定量解释,具有实用价值.

水驱油微观物理模拟实验研究

应用与地层孔隙结构相似的微观仿真模型进行驱油实验 ,通过微观驱油动态彩色图象量化处理系统对实验的过程和结果进行分析 ,从定性和定量两个方面对水驱油渗流规律、水驱油剩余油形式及这些剩余油形式对三次采油的应用效果进行了分析。在水驱油过程中 ,由于润湿性的不同 ,注入水表现出不同的入孔机理。在强亲水的孔隙内 ,注入水沿着孔壁“爬入” ;在亲油孔隙内 ,注入水沿孔隙的中心突入。由于油层非均质性的影响 ,水驱后剩余油可分为连片状剩余油和分散型剩余油两类。具体形式有簇状、柱状、角状、膜状和“孤岛”状等。对于不同的剩余油形式 ,各种化学驱的效果有所不同 ,聚合物驱主要驱替连片状剩余油 。

裂隙岩体非稳定渗流的离散-连续介质模型

给出了一种非线形耦合分析模型,即离散-连续介质模型,该模型克服了求取两类介质之间水量交换的困难,能更准确地反映裂隙岩体的结构特征和渗透特性.基于该模型导出了裂隙岩体渗流场的非线形耦合分析有限元格式,并编制了相应的有限元程序.最后给出算例分析,验证了所提出的方法的可行性和实用性.

基于连续介质模型的颗粒材料孔隙度及孔隙水压力计算公式

孔隙度是能够部分反映颗粒材料微观结构的一个宏观量,其数值及其演化对颗粒材料的宏观力学行为有重要影响。基于连续介质模型,在颗粒体积应变均匀的前提下推导了颗粒材料的孔隙度随颗粒集合局部平均体积应变的演化公式,并应用该关系式结合孔隙水状态方程给出了饱和颗粒材料的孔隙水压力与孔隙度、固体颗粒体积模量、固体颗粒变形之间的关系。所得公式可用于饱和含液颗粒材料流–固耦合计算或饱和多孔介质宏观–细观多尺度流–固耦合渗流分析。

有效介质电阻率模型在含泥含钙砂岩储层中的应用

含泥含钙储层泥质和钙质成份对电阻率贡献具有复杂性,其饱和度的定量评价更加困难。通过考察储层品质指数与孔隙度的关系,确定双对数关系曲线下的斜率值,为混合泥质砂岩饱和度模型的选取提供了依据。钙质颗粒作为砂岩储层电阻率的重要影响因素,其成份的增加不仅会引起孔隙度的降低,而且引起孔隙通道曲折度的增大,从而导致地层电阻率值升高。在上述理论分析基础上,提出含泥含钙砂岩储层体积模型,并以有效介质理论为基础,建立了混合泥质含钙砂岩储层有效介质饱和度模型。该模型基于层状泥质与分散泥质砂岩并联导电以及分散泥质砂岩的有效介质SATORI电阻率模型,其中将分散泥质砂岩分成导电的砂岩骨架颗粒、不导电的油气、分散粘土颗粒、钙质颗粒、微毛管孔隙水以及可动水等6种成份,充分考虑了钙质成份的导电特性、微孔隙水的影响作用以及粘土的附加导电性等因素。经岩电实验数据拟合与实际资料处理结果表明,模型具有较强的适应性和计算精度。

偏最小二乘与灰色模型组合预测城市生活需水量

为了克服普通多元回归方法用于中长期预测时自变量多重共线性对拟合模型的干扰,引入了更易于辩识系统信息与噪声的单因变量偏最小二乘回归(PLS1),同时将两次拟合等维灰数递补(DEMGM(1,1))模型用于自变量的中长期预测,建立了一套PLS1与DEMGM(1,1)组合预测方法.采用1986年—2000年某市生活用水量历史数据对该方法进行验证,预测结果表明,平均相对误差仅为1.03%.将该方法引入城市生活需水量研究,预测2005年和2010年某市生活需水量将分别达到0.92×109m3与1.1×109m3,为该市给水工程规划与决策提供了参考依据。