油气系统动态数值模拟研究(一)——技术思路与软件流程

油气系统是最适于进行盆地模拟评价的油气地质单元 ,盆地模拟的特点体现了油气系统的认识论。油气系统分析模拟的内容应包括 :①静态地质要素研究 ;②油气系统动态地质作用(可以通过地史、热史、生烃史、排烃史、运移聚集史模拟再现 )研究 ;③油气系统的关键时刻与事件组合关系研究。盆地模拟已形成了系统化、模型化、定量化的动态模拟软件 ,用盆地模拟技术实现油气系统动态数值模拟是现实可行的捷径。在盆地综合模拟系统基础上 ,按照油气系统的研究内容和成图表达方式 ,建立了油气系统动态分析模拟软件系统 ,具有进行四方面分析模拟的功能 :①背景研究 ,利用平衡剖面、层序地层模拟以及构造热模拟等方法 ,综合研究油气系统的背景、单个油气系统静态地质要素等 ;②动态地质作用模拟研究 ,研究油气系统的地史、热史、生烃史、排烃史、运聚史过程 ;③关键时刻与事件组合关系研究 ;④油气资源量估算与有利目标评价。图 2参

侧风对轿车气动特性影响的稳态和动态数值模拟对比研究

分别采用稳态方法和基于动网格技术的动态方法对侧风作用下的汽车外流场进行了3种情况的数值模拟,将3种模拟结果进行对比,同时将部分模拟结果与试验值进行了对比。结果表明合理选用数值模拟方案可获得较满意的计算结果;地面边界层对计算结果影响较大;稳态方法和动态方法的流场分布、阻力系数和升力系数以及较弱侧风条件下的侧向力系数有较好的一致性,强侧风条件下的侧向力系数则差别较大。

综放面采空区遗煤自然发火过程动态数值模拟

通过对影响煤炭自燃因素的分析,建立了采空区内遗煤自燃过程数学模型,可随时预测不同漏风强度和不同推进速度的条件下,采空区遗煤自然发火的危险性.在计算机上对徐庄矿7235综放面采空区遗煤自燃过程中,氧化时间、工作面推进速度、遗煤厚度对煤温的影响进行了模拟,预报了在回采过程中采空区遗煤不自燃,而撤支架过程中确可能发生煤炭自燃,预报结果与实际相符.

极限平衡区顶煤自燃三维非均质动态数值模拟

为探究极限平衡区内顶煤自燃规律,利用Fluent软件对顶煤自燃进行数值模拟研究。通过对顶煤移动变形及自燃特点的分析,确定顶煤自燃过程的模拟为三维非均质动态模拟,并建立数学模型,给出相关参数及边界条件的确定方法。以恒大矿某工作面为例,对其顶煤的自燃过程进行数值模拟,并分析工作面风量及煤体耗氧速度与自然发火期之间的关系。结果表明:对计算区域进行模拟所得到的速度场、氧浓度场及温度场与现场观测结果及理论结果比较吻合;工作面风量对煤体自然发火期影响较小,而对高温区域中心点位置影响较大;煤体耗氧速率与自然发火期近似成负指数函数关系。

油气系统动态数值模拟研究(二)——塔里木盆地满加尔油气系统模拟分析

满加尔油气系统位于塔里木盆地中部 ,是一个以寒武 奥陶系为主力烃源岩的下古生界克拉通油气系统。在“九五”攻关成果基础上 ,利用油气系统动态分析模拟软件DYMAPS对满加尔油气系统进行了模拟分析。结果表明 ,下古生界烃源岩有奥陶纪末和第三纪末两个主要的生、排烃高峰期 ,对应于油气系统的两个关键时刻 ,在晚奥陶世末的关键时刻生成了寒武系累计89%的油和 44%的气、下奥陶统累计 79.6%的油和 2 6.3 %的气 ,第三纪末的关键时刻主要是二次生气高峰期 ,同时也有一定量的液态烃生成。下古生界烃源岩在西部坡折带及南北隆起区现今仍处于有效生油窗内 (镜质组反射率小于 1.3 % )。利用拟三维二相油气运聚模型定量模拟了满加尔油气系统主要目的层(寒武系 ,下奥陶统 ,中、上奥陶统 ,石炭系 ,三叠系 )的油气可供聚集量 ;区带数值模拟显示该油气系统内共有 9个最有利勘探区带和 10个次有利区带。

综放工作面采空区煤自燃过程的动态数值模拟

综放工作面采空区浮煤自燃主要取决于浮煤厚度、氧浓度、漏风强度、工作面推进速度和自然发火期 5个参量 ,工作面正常生产时 ,采空区自燃三带处于一个动态的稳定状态 .根据综放工作面采空区自然发火特点 ,将松散煤体自然发火数学模型简化 ,建立了综放工作面采空区温度变化的动态数学模型 ,用计算机动态模拟采空区浮煤自然升温过程 ,及时反映采空区温度分布状态及其动态变化规律 ,对采空区浮煤自燃危险性进行超前预测 ,指导综放工作面的安全生产 .

基于FLUENT的出口球阀内部流场动态数值模拟

基于FLUENT软件利用动网格及UDF技术,对内压缩转子式油气混输泵出口球阀进行了动态数值模拟。动态仿真结果表明:随着阀球密度的增加,阀球上升速度减慢,阀隙压力变化减小;在球阀开启初始阶段,阀球受力脉动较大,随着开启过程的进行,阀球受力逐渐减小且趋于稳定;阀球的升程越高,变化梯度越大,阀球密度越小,升程变化越快。该动态数值模拟更真实的揭示了阀球比重与球阀受力、升程变化的内在规律。

多热源合成SiC冶炼炉温度场的动态数值模拟

根据多热源工业生产S iC冶炼炉温度场具有平面非稳态导热的特点,建立了冶炼炉内温度变化的动态数学模型,采用数值计算方法,动态模拟了炉料的升温合成反应及传热过程,获得了冶炼炉内温度分布及其动态变化规律,得到了四热源炉合成S iC的供电时间为60h左右,这一结果应用工业试验进行了验证。应用同样方法,可以获得表面负荷、炉芯尺寸等工艺参数,可以为工业生产S iC提供理论指导。

采用土工合成材料的新型护岸结构的动态数值模拟

固化土和土工格栅护岸工法(SG-WALL工法)是一种采用固化土和土工格栅加固港口护岸结构的新型工法。它的抗震性能已经通过一系列振动台试验得到了确认。为了能够数值再现SG-WALL结构在地震荷载作用下的动力反应,对SG-WALL结构的振动台试验进行了动态数值模拟研究。试验和模拟结果的对比表明,数值模拟方法能够再现SG-WALL结构在振动荷载作用下的主要动力特征。模拟结果还表明:固化土的长度对SG-WALL抗震性能起到重要的影响;土工格栅的最大拉应变发生在与排桩的连接处,并且沿着远离排桩的方向逐渐减小。

快锻液压机机架静动态数值模拟

采用三维十节点实体单元对12 5MN双柱下拉式快锻液压机进行了静动态有限元计算,得到了液压机机身在给定工况下的静动态应力位移分布规律。快速锻造液压机已成为重要锻造设备之一。本文建立了12 5MN双柱下拉式快锻液压机机架三维有限元模型,对其应力及位移分布进行了静动态分析。研究表明:机架四角为危险截面;静态和动态下,应力和位移的分布趋势基本一致;机架在动态载荷冲击下,危险截面的最大应力将会增加40%左右;偏移载荷将会使机架危险截面的最大应力增加20%左右。

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。

棉田土壤水分动态数值模拟及灌水指标的确立

通过对土壤—作物—大气系统的动态分析，应用本模式只需常规气象资料即可逐旬模拟出土壤水分变化，对照棉田各生育期的实际需水量，为科学灌溉提供理论依据。对比实测值与模拟曲线的结果，表明两者在变化趋势上具有明显的一致性。

综放采空区自然发火规律动态数值模拟

数值模拟是研究煤层自燃规律,实现自燃预测预报的重要方法.建立了含自然对流、强制对流及扩散的传质、传热与煤氧化相耦合的采空区自燃数学模型;通过现场监测确定了陈家沟煤矿下分层综放开采时,采空区自燃数值模拟相关区域的范围及其边界条件;实验测定了陈家沟矿煤样在不同温度时的耗氧速度和氧化放热强度,并按照Arrhenius定律拟合出其函数关系式;在此基础上实现了采空区自燃的动态数值模拟.开展了系列数值模拟实验,得到了不同工作面推进速度时采空区空气渗流速度场、浓度场及温度场随时间的变化规律.研究得到不发生煤层自燃的工作面最小推进度为3m/d,当工作面推进度长期小于3 m/d时,采空区进风侧首先出现煤层自燃.

基于三维格子Boltzmann铝点蚀动态数值模拟

铝作为目前最经济且应用最为广泛的材料之一,具有重量轻、耐腐蚀、导热性好、导电性好等优点。然而,金属铝在氯离子环境中容易发生点蚀。根据中性溶液中铝表面点蚀反应机理,结合液体流动和相变特性,建立了三维格子Boltzmann铝点蚀模型,研究了中性溶液中铝表面的点蚀现象,弥补了传统实验方法的不足。采用建立的腐蚀模型对整个铝点蚀过程进行了模拟,得到了不同组分的浓度分布以及不同参数与腐蚀程度的关系。结果表明:铝的腐蚀程度随接触时间的增加而增加。随着初始氯离子浓度的增加和腐蚀反应速率的增大,铝被腐蚀得更严重。三维格子Boltzmann铝点蚀模型为金属腐蚀数值研究提供了新的思路。

基于导纳耦合法的大功率高精度智能电主轴动态特性数值模拟分析

通过导纳耦合法计算电主轴频率函数,获取两个系统耦合作用力模型及电主轴动态参数变化规律,再利用刚度系数与阻尼系数的垂直与平行分量,建立大功率高精度智能电主轴数值模拟模型,由此构建了一种基于导纳耦合法的数值模拟法。最后,将此法与三种传统方法进行比较,结果显示:新的数值模拟方法得到的电主轴动态特性数值模拟计算值与参考值的平均误差约为0.65 N,而三种传统方法计算值与参考值的平均误差分别为1.47 N、0.79 N、1.02 N。从而证明新的方法优于三种传统方法。

基于动网格与UDF技术的阀门流场数值模拟

基于FLUENT软件提供的计算方法和物理模型,利用动网格及UDF(用户自定义函数)技术,对管路系统常见的4种阀门流动进行了动态数值模拟。该数值模拟方法打破了以往静态研究的局限,更真实地模拟了阀门的开关动态过程中的流动状态和阀体受力情况。动态仿真结果表明:随着阀门开度减小,流场变得复杂,出现复杂涡系,损失增加,同时阀门受力变化较大,会导致冲击与振动,对阀体工作精度与结构强度都非常不利,而且阀门开启过程与关闭过程并非简单反过程,尤其对于球阀,启闭过程中其流场特性与受力特点差别很大。

爆炸荷载作用下缺陷岩体破坏特征的数值模拟研究

为了研究爆炸荷载下含缺陷岩体的破坏规律,根据已有的实验结果建立了在爆炸荷载下含缺陷岩体的漏斗爆破模型,所考虑的缺陷包括孔洞、孔隙和微小的张开型节理。缺陷是随机分布的,且对于缺陷内部考虑了两种情况,一种是含水的,另一种是空的。依据已有花岗岩的实验结果,通过拟合得到了其冲击状态方程,并将其应用于炸药附近的花岗岩,而对于远离炸药的花岗岩,采用了线性状态方程。根据实验结果,将花岗岩的动态强度设计成随应变率变化的变量。模拟结果表明,在爆破荷载下,湿润的岩体比其相应干燥岩体的动态强度低;在应力波作用下缺陷密度越大,其岩体的破坏范围越小;最后,讨论了巷道附近的爆破过程对巷道稳定性的影响。

溢流堰表孔弧形闸门开启过程水力特性3维数值模拟

基于动网格技术和VOF方法对某工程宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了3维数值模拟研究。为获得详细的水力特性,采用3种不同的开启速度。获得了闸门区、宽尾墩及消力池的压力、速度等水力参数的时空变化规律和易发生空化空蚀的时刻与区域,指出闸门开启过快时的不利因素,并将部分结果与试验进行对比,吻合良好,验证了数值方法是可靠的,可为确定闸门的合理运行方式及工程体型优化提供重要的参考依据。

鼓泡塔反应器内两相流动态模拟研究

采用双流体模型以及考虑气相影响的湍流模型,对矩形鼓泡反应器中气液两相流行为进行了两维和三维数值模拟.结果表明,两维模拟不能准确预测气液两相流动态行为,而三维数值模拟则能准确模拟两相流动态行为。通过比较湍流粘度,发现两维模拟所得湍流粘度要比三维模拟高一个数量级。比较了三维模拟中湍流模型对模拟结果的影响.发现 RNGκ-ε模型所模拟的气泡流摆动周期明显小于κ-ε模型的模拟结果,模拟结果更接近实验结果.考察了升力和虚拟质量力在多相流动态行为模拟中的作用,发现它们对模拟结果产生不同程度的影响,其中升力的影响比虚拟质量力的影响显著。

宽尾墩消力池非恒定流动水压强特性数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型结合动网格技术对某工程Y型宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究。分析了闸门开启总时间、堰顶水头及下游初始尾水深对反弧及消力池压强的影响;定义了闸后水流的三种流态;分析了反弧及消力池三个区域压强特性。研究表明,闸门开启总时间越小,闸后水流滞后越明显,冲击区滞后最大压强越大;闸门开启过程中,冲击区最大压强与堰顶水头近似成线性关系;且其与调节区平均压强差随着下游尾水深度的增加而迅速减小。部分结果与试验数据吻合良好,说明数值方法是可靠的,可为水工闸门的合理运行提供借鉴。