大水易淤综放工作面泄水巷煤泥淤积物临界流速研究

高家堡煤矿综放工作面面前淋水,水源主要来自采煤工作面顶板,矿井涌水量达到4000~5000 m^(3)/h。结合开采工作面泄水巷煤泥淤积的特点,利用罗宾诺维奇—莫纳方程和哈根—泊肃叶(Hagen-Poiseuille)等公式,确定了煤泥混合物的流变类型和本构方程;采用大型环管实验法建立了煤—泥—水混合物的流动模型,理论分析了工作面泄水巷煤泥淤积物分别在高低压段和不同剪切速率下的沉降特性;计算得到动水条件下煤泥淤积物发生流动的临界流速为1.1~1.5 m/s,从而得出煤泥淤积物的临界流速。研究煤泥在矿井水流动过程中的淤积机理,可为科学合理的清淤工作提供理论依据。

水流作用下裂隙内沉积颗粒起动临界流速研究

为了优化阻塞裂隙的水力冲刷工艺参数,采用物理试验和理论分析相结合的方法,建立了水流作用下颗粒起动有效作用流速数学模型,研究了水流作用下裂隙内不同形状颗粒的起动方式和颗粒起动临界流速随颗粒粒径、流体密度和裂隙高度的变化特性。结果表明:近圆颗粒和椭球颗粒主要以滚动方式起动,扁平颗粒以滑动方式起动;颗粒起动临界流速随颗粒粒径的增大呈现对数增大的变化规律,随流体密度的增大呈减小的变化规律;进一步地,由于颗粒起动有效作用流速与裂隙高度的增大呈负相关的变化规律,因此颗粒起动临界流速随裂隙高度的增大而增大。为提升阻塞裂隙的水力冲刷效果,应采用的方法是增加流体介质的密度,促使裂隙内更多的沉积颗粒发生起动。此外,当水力冲刷工艺运用至裂隙发育的地带时,应该适当提高水力冲刷工艺的注水量,提高堵塞裂隙的水力冲刷工艺效果。

复杂约束三维功能梯度输流管道稳定性和临界流速分析

针对输流管道在恶劣的动力学环境所受到多方向载荷所引起的管道结构失效或破坏等问题,提出一种新型三维功能梯度材料构造输流管道来提升管道的载荷忍耐力。基于欧拉伯努利梁理论,考虑流体和管道的耦合关系,利用哈密顿变分原理建立复杂约束下三维功能梯度输流管道的运动微分方程。利用微分求积法求解,分析流体流速提升所引起的三维功能梯度输流管道振动的固有频率变化,当第一阶固有频率首次降低为0系统失稳,所对应的流体流速被确定为系统的临界流速。研究复杂约束线性和扭转弹簧刚度、轴向、径向和环向功能梯度指数等物理参数对输流管道振动频率和临界流速的影响。研究结果表明:当流速较小时,增加轴向功能梯度指数和降低径向和环向功能梯度指数会降低系统的基频和提高系统的临界流速;而当流速较大时,系统的基频随着三维功能梯度指数的变化会展现相反的趋势。增大三维功能梯度指数能降低系统的第二阶固有频率。这说明通过调节复杂约束和三维功能梯度参数能够实现对输流管道稳定性的调控。

双通道旋转输流管临界流速和振动模态分析

旋转叶片是航空发动机重要零件之一,服役条件十分恶劣,常常因振动过量导致其失效.为了合理设计含冷却通道的叶片,保证其可靠性与安全性,需对含冷却通道的叶片的振动特性进行研究.基于EulerBernoulli梁理论,将叶片简化为含两通道的悬臂旋转输流管,考虑了通道轴线偏移量对流体动能的影响,采用Lagrange原理结合假设模态法建立包含双陀螺效应的运动控制方程,采用降阶扩维的方法求解系统特征值.研究两通道模型的流速比、转速和长细比等对前3阶特征根曲线影响.将文章模型退化为简支单通道输流管,与文献报道结果进行对比,部分验证建模方法的正确性.研究发现:在相同的管道截面积下,两通道模型的临界流速值大于单通道模型的;旋转运动引入的陀螺效应会使得第2,3阶特征根轨迹发生绕圈现象,并多次穿越虚轴;随着长细比的增大,系统会表现出类似非旋转的悬臂输流管的动力学行为;系统的横向位移模态响应呈现出行波特性,且在不同参数组合下,阻尼因子对前3阶模态产生不同的增强或减弱作用.

湿气管线携液临界流速预测的机器学习模型

受制陕北独特的地形地貌,其地面输气管线起伏现象突出,在管线低点及上倾段容易产生积液且段塞流频发,严重影响气田正常生产,携液临界流速的预测对减少积液带来的危害和指导气田地面湿气管线设计具有重要意义。为此,采用扩展双流体分相模型,基于最小压力梯度法结合均匀设计和BP神经网络建立了气田起伏管线携液临界流速预测模型,并采用延安气田现场运行数据进行了模型可靠性验证,同时基于模型分析了井口温度、管线运行压力、含水体积分数、上下坡倾角、管径对携液临界流速的单因素及交互作用影响,并采用灰色关联对影响程度进行了排序。研究结果表明,携液临界流速与运行压力、下坡倾角呈负相关,与井口温度、含水体积分数、上坡倾角、管径呈正相关,同时各因素交互作用明显,影响程度具有显著区别。研究发现该预测模型对延安气田地面起伏管线携液临界流速预测具有较强的现场操作性,可为其积液预测和防治提供理论支撑。

管道冰水两相流动临界流速的数值模拟

为了研究极地船舶海水管道内冰水两相流动阻力问题,运用Fluent软件建立了水平管固液两相流动的临界流速值计算模型。验证了运用欧拉-欧拉模型模拟管道固液两相流动的有效性,确定了管道两相流动的充分发展段;然后从管道平均压降、固相分布及流态变化研究临界流速;经与文献实验值比较,结果表明:通过分析不同流速下冰水两相的流态变化,可以计算得到较为精准的临界流速范围值。

微分求积法分析具有弹性支承输液管的临界流速

将微分求积方法推广到分析输液管的临界流速 ,这是一个新的尝试。与其它数值方法相比 ,该法极易处理具有弹性边界的输液管。另外 ,由于避免了一系列数值积分的计算 ,且最终须求解的方程的阶数较低 ,故计算量较少 ,精度令人满意。在此基础上 ,本文还研究了各参数对临界流速的影响。

两端支承输流管道的稳定性和临界流速分析

推导两端支承梁弯曲振动的频率方程和振型函数的解析表达式。利用频率方程讨论两端扭转弹簧刚度变化对梁的前两阶弯曲振动特征值的影响。以两端支承梁的振型函数为假设振型导出两端支承输流管道在定常流作用下临界速度的解析表达式,为今后分析这类系统的动态响应提供理论依据。利用临界流速公式系统地分析和讨论扭转刚度、重力系数和轴向预紧力对管道临界流速的影响特性。研究结果表明,量纲一扭转弹簧刚度在0到50区间内变化时对临界流速的影响较大,但大于50时影响明显减弱。当重力系数和轴向预紧力增大时,临界流速也随着增大。一般而言,两端扭转弹簧刚度越大也会增大相应的临界流速值。

无黏性土管涌的临界流速

根据多孔介质中的变截面管模型,分析单个颗粒在孔隙通道中的受力情况,建立力的平衡方程,从而推导出管涌发生时的水流临界流速公式。结合试验对该公式进行了验证,当作用于水流的拖曳力与静水压力的作用大于阻碍其运动的作用时,认为可动颗粒开始起动。算例分析表明,运用临界流速公式能够准确地预测土体的管涌破坏。

分析输液曲管临界流速的迁移矩阵法

提出了一种分析输液曲管临界流速的方法 .与其它方法相比 ,该方法不但容易处理带任意多个中间支承和变刚度、变曲率的输液曲管问题 ,而且由于对各段位移、内力关系导出了一系列显式 ,故不管离散段数多少 ,最终都只需解一个三阶矩阵方程 ,因此计算量小。

中国西部矿区厚松散层的溃沙临界流速与水沙流动特征

以陕北榆横矿区为例,研制全程可视化水沙两相高速流动试验装置,开展颗粒起动试验、溃沙试验和水沙两相流动试验.试验结果表明:细颗粒的流失是溃沙的先决条件,为粗颗粒的运移创造膨胀空间. 0. 3～0. 6 mm风积沙颗粒之间主要以碰撞的形式传递能量,而0. 15～0. 3 mm的风积沙颗粒之间的相互摩擦和挤压作用占优,相比于碰撞作用能量损失较少,相同时间内出沙量随着颗粒粒径的增大呈递减趋势.随着轴向应力的不断增大,风积沙所需要的溃沙临界流速也越来越大.当风积沙粒径d <0. 6 mm时,溃沙时渗流状态为线性层流,临界流速为0. 03～0. 4 cm/s.单位时间内溃沙量与水力梯度成正比,表明含水层水压力是决定溃沙灾害程度的关键因素.

固定约束松动对输流管道稳定性和临界流速的影响

把管道固定端抗转动约束松动情况模拟为受扭转弹簧约束的两端支承管道模型,研究了这种输流管道系统在定常内流作用下的稳定性和临界流速,利用两振型Galerkin离散化方法导出了临界流速的解析表达式。用数值方法分析了系统的失稳特性,确定了此系统的首次失稳为静态失稳。利用所导出的临界流速的解析表达式讨论了扭转弹簧刚度、重力系数和轴向力对管道临界流速的影响。

水平井井筒清洁临界流速简化模型

石油钻井作业中井筒岩屑运移影响钻井成本、时间及成井质量，井筒岩屑运移问题已经成为钻井作业中亟待解决的问题。不论在水平井中的直井段还是水平段，流体拖曳力对于岩屑颗粒运移的作用超越其他作用力占据主导地位，井筒清洁临界流速计算的关键是确定拖曳系数计算的经验公式。根据拖曳系数与雷诺数关系的实验数据，对拖曳系数经验计算方法进行优选对比发现Turton的经验公式与实验数据平均误差最小，仅为3．06％；在优选对比拖曳系数的基础上，对岩屑颗粒进行微观受力分析，推导了岩屑颗粒运移临界流速，研究了井斜角对于岩屑颗粒临界运移流速的影响，计算结果发现在50°-70°之间临界运移流速最大，并对建立的数学模型进行了现场应用验证。

Winkler地基上输流管道的临界流速分析

应用Galerkin法和复模态法研究Winkler弹性地基上两端铰支输流管道的临界流速问题。将系统偏微分控制方程进行Galerkin离散后,根据系统静态失稳条件求得临界流速,并利用复模态法对偏微分控制方程直接求解加以验证。结果表明:较低阶Galerkin法只适用于弱刚性地基情况,而当地基刚性比较强时,采用较高阶Galerkin法才能得到精确的结果。研究同时发现,临界流速只与地基刚度及管道轴向预紧力有关,而管道黏弹性系数及质量比等参数不会影响临界流速。

浆体管道输送临界流速的影响因素及计算分析

临界流速是浆体管道输送的一个重要因素 ,目前尚无普遍的使用公式。例如杜兰德 (Du rand)、格拉弗 (Draf)、托马斯 (Thomas)等考虑的因素少 ,而且还需要特定的条件。在前人试验研究的基础上 ,找出影响浆体管道临界流速的主要因素并进行分析 ,再利用尖山铁精矿管道输送试验数据的实测值与计算值进行比较 ,找出一个比较适合管道输送的普遍临界流速公式。

一端固定具有中间支承输流管道临界流速及稳定性分析

将微分求积法应用到5个边界条件下一端固定具有中间简支支承输流管道的横向振动问题研究中。基于输流管道的运动微分方程及边界条件,采用微分求积法进行离散化,获得由输流管道动力方程组及边界条件合成的矩阵表达形式。求解管道在不同中间支承位置处失稳时的临界流速。分析管道的失稳形式并发现在管道上存在一个特殊的位置ξl,逐渐增大流体流速到失稳临界值,当中间支承位置ξb<ξl时,管道先发生颤振失稳,而当中间支承位置ξb>ξl时,管道先发生发散失稳。研究发现输流管道的这个特殊位置随着管道材料与流体质量比的变化而不同,质量比越大,特殊位置ξl越靠近固定端。最后,讨论输流管道的质量比及轴向预紧力对发散、颤振失稳临界流速的影响。

粗颗粒物料管道水力输送不淤临界流速计算

近30年来,固体物料的管道水力输送技术应用越来越广泛。在管道水力输送系统设计中,不淤临界流速是首先需要确定的重要参数,对确保管道安全输送具有重要意义。对于细颗粒物料,已有比较成熟的计算方法,但对粗颗粒物料,不同的计算式差异较大,给参数确定带来困难。在对已有的管道不淤临界流速计算进行比较分析基础上,探讨了颗粒浓度、粒径、密度以及管道直径等因素对不淤临界流速的影响,并分析了计算式结构的差异。整理不同学者针对粗颗粒输送的试验数据,重点分析了不淤临界流速随颗粒粒径加大的变化规律。基于量纲分析法,提出了粗颗粒在管道输送中不淤临界流速计算式,其计算结果与试验数据相对误差在10%以下,基本满足不淤临界流速计算的工程要求。

浮桥通载时吃水变化对锚纲张力和浮桥临界流速的影响

为了分析通载浮桥吃水改变和水阻力增加而导致锚纲张力改变的规律,以及锚纲张力引起桥脚舟绕浮心艏倾后降低浮桥动水稳定性的现象。利用经验公式计算了浮桥通载时吃水改变量对锚纲张力的影响,并采用等效偏心距方法计算了浮桥考虑艏倾时的临界流速。得出浮桥通载后吃水增加和水阻力增加将使锚纲张力大幅增加而浮桥临界流速略有降低的结论。同时,提出了浮桥在大流速下安全使用的若干措施。

液动锤射流元件喷嘴临界流速预测与验证

应用CFD动态分析技术,对SC71B型液动锤内部流场进行了仿真分析,结果表明,其射流元件临界流速为20.305～22.565 m/s,大大低于凭经验预测的40 m/s。为检验这一理论预测结果,对SC71B型液动锤射流元件临界流速进行了实验测定,为21.83 m/s,表明理论预测结果与实测结果高度吻合,证明了基于CFD动态分析的液动锤射流元件临界流速理论预测方法的可行性;同时通过理论分析和实测获得了至今为止液动锤射流元件临界流速的最低值,可为研制油气钻井用低速射流元件驱动控制的液动锤提供重要参考。

非直井气体钻井岩屑起动的临界流速

注气量作为气体钻井的关键参数,直接关系到现场钻井的成败。目前用于气体钻井的注气量计算方法均是基于垂直井眼得到的,对于水平井、大斜度井的情况并不适用,从而给气体钻井在水平井、大斜度井的应用造成很大困难。在分析岩屑颗粒运动方式的基础上,假设岩屑颗粒沉积在下井壁,注入气体后对岩屑颗粒进行受力分析,得到不同井斜角情况下岩屑颗粒起动所需的临界流速模型。以此速度作为气体的最小流速,从而得到最小注气量。分析认为,在井斜角为60～70°的情况下,岩屑颗粒起动所需气体速度最大;大粒径岩屑对注气量要求很高,实际钻井过程中应采用适当方法减少大粒径岩屑的数量。