基于各向异性热导率设置的选区激光熔化成形过程仿真分析

针对选区激光熔化(SLM)工艺下零件中高残余应力问题,同时考虑到打印过程中熔池对流效应,本文通过设置各向异性热导率材料参数,利用有限元方法对Inconel 718合金粉末SLM成形过程中的温度场和应力场进行模拟,分析了基板预热温度对成形件残余应力的影响。结果表明,选择合适的各向异性热导率增强系数可显著提升温度场的仿真精度,并且越靠近热源中心区域,温度梯度越大;在应力方面,高应力区域集中分布于成形件上表面,最大残余应力位于成形件与基板的交界处,此处易发生开裂变形;采用基板预热方式能改善成形件中残余应力分布,随着预热温度提升,最大残余应力降低,成形件上表面高应力分布区域减小。

渗透率各向异性对地热电池高效储能发电系统的影响

在当前能源转型的大背景下,清洁能源利用的创新技术市场日益扩大。地热电池储能发电技术有望解决太阳能、风能等可再生能源间歇性问题,受到清洁能源领域的关注。地热电池储能系统利用沉积地层中形成的低渗透率、低孔隙度的盖层和基层以及高渗透率、高孔隙度的中间储层实现热水的储存。这些热水创造了一个高温地热储层,已有研究表明这些储热可以高效回收,甚至可能实现长期甚至季节性的存储。在沉积结构中,其物理特征等方面存在十分明显各向异性,其中渗透率各向异性在流体的流动过程中发挥着重要作用。因此,研究渗透率各向异性对储能产能的影响至关重要。本研究利用TOUGHREACT-FLAC3D耦合软件建立了地热储能温度场—渗流场—应力场(THM)多场耦合模型,模拟了4种渗透率各向异性的情况,并分析了4种条件下热水注入和生产中热水流动路径、温度和压力的分布以及发电效率。结果表明:(1)渗透率各向异性对注采过程中压力的演变有强烈的影响,压力锋面在渗透率大的方向快速移动,而且各向异性越小,储层等效渗透率越大,注入热水需要的压力越小。(2)热水流动优先在渗透率大的方向流动,温度和压力的传播与热水流动方向一致,但是温度分布主要由流体流动的方向决定,在流动过程中热水用于加热初始环境中较冷的岩石和水造成热量损失,所以渗透率各向异性对储层温度的分布情况影响较小。(3)储层的岩石在高温热水的作用下发生膨胀,其孔隙压力恢复值随温度的升高逐渐高于储层初始的孔隙压力(12 MPa)。(4)在进行的30个注采循环结束后渗透率各向异性为1000时产生的电量最高可以达到5.2 MW。因此,在地热电池储能系统进行选取时,选择水平方向与垂直方向渗透率各向异性大的储层产能效率更高。

渗透率各向异性条件下裂缝介质地震频散、衰减及各向异性分析

渗透率各向异性与地震各向异性是含流体裂缝孔隙岩石的关键特性,文中利用裂缝参数(倾角、方位角、半径等)表征裂缝介质的渗透率并分析渗透率各向异性变化规律,基于Chapman多组裂缝等效介质模型研究了渗透率各向异性条件下正交介质的地震各向异性及地震波频散、衰减特征。数值模拟结果表明:①渗透率各向异性与裂缝参数有关,裂缝方位角的变化对渗透率各向异性的影响具有对称性;裂缝半径和倾角的变化影响渗透率各向异性的强弱,其中裂缝半径的影响尤为显著。②渗透率各向异性情况下,地震波的频散、衰减出现两个不同的弛豫时间,随着饱含流体裂缝介质中含气量的增加,特征频率呈现先减后增的趋势。③渗透率差异引起的两个不同的特征频率与地震各向异性系数极值对应的频率具有相关性,表明渗透率各向异性会引起地震频散、衰减的各向异性。数值分析结果可为裂缝储层渗透率预测及流体识别提供有力的理论依据。

含瓦斯煤渗透率各向异性研究

为研究含瓦斯煤各向异性渗流特征,以原煤煤样为研究对象,以含瓦斯煤三轴渗流实验系统为实验平台,开展了含瓦斯煤的各向异性渗流规律的研究,确定了含瓦斯煤各向异性渗透率主值及其方位的计算方法,定义了含瓦斯煤渗透率各向异性率,重点分析了含瓦斯煤渗透率各向异性动态变化规律和瓦斯优势流动方向的转变现象。研究结果表明:煤体瓦斯流动具有非常明显的各向异性特征,本文所提出的含瓦斯煤各向异性渗透率计算方法简单有效;含瓦斯煤具有较强的应力敏感性,其渗透率与有效应力之间符合负指数函数变化规律;含瓦斯煤渗透率的各向异性随有效应力的变化表现出了明显的动态变化发展规律,优势流动方向存在转变现象。

渗透率各向异性油藏的开发对策研究

渗透率各向异性是储层、尤其是河流相储层的基本性质,它对油藏的有效开采会产生一定的负面影响。在注水保持地层能量的开发过程中,注入流体沿高渗透率方向优先推进,导致不同方向上的生产井见水时间差别较大,致使驱替过程很不均衡,从而影响油藏开发效果。针对上述问题,基于渗流力学理论,提出了井距控制法和注采压差控制法两种应对措施,并用数值模拟方法检验了这两种对策的有效性。验证结果表明,井距控制法和注采压差控制法能促使注入流体在储层中的均衡驱替,因而能保证不同方向上的油井见水时间的一致性,从而可以有效地抑制渗透率各向异性的负面影响。

地层测试器在渗透率各向异性地层中响应的数值模拟

用三维有限元方法模拟油水两相情况下的渗透率各向异性地层地层测试器的响应规律,并对地层测试响应进行物理试验测试,以验证模拟结果的可靠性。结果表明:模拟结果与实验结果吻合较好;地层流体的流动形态随着流动时间的增加而变化,渗透率各向异性比越大,单探针压降和多探针的时间延迟越大。

煤岩渗透率各向异性模型及瓦斯抽采模拟研究

为进一步明晰煤岩渗透率演化特征和基质瓦斯渗流对瓦斯抽采的影响,基于已有的基质瓦斯渗流流固耦合模型,考虑煤岩渗透率的各向异性特征,建立煤岩渗透率各向异性耦合模型;运用COMSOL Multiphysics软件,分析煤岩渗透率各向异性特征和基质瓦斯渗流对瓦斯抽采的影响。研究结果表明:随着渗透率各向异性系数的增大,基质与裂隙渗透率比例系数降低,瓦斯抽采效果明显降低;基质瓦斯渗流量比重最大值随各向异性系数的增大而增大,但在抽采中后期渗流量比重逐渐趋于稳定,且稳定在0. 1%左右;基质瓦斯渗流项在瓦斯抽采中某一特定阶段有促进作用。

4H-SiC PIN二极管的各向异性迁移率效应

对制造的单mesa终端4H-SiC PIN二极管,采用数值仿真和测试结果比对的方法,分析了各向异性迁移率效应对4H-SiC PIN二极管正向直流特性的影响。详细阐述了器件的正向直流仿真物理模型和参数选取,其中,迁移率的各向异性关系是在各向同性迁移率模型的基础上引入的,载流子寿命采用空间赋值的方法代入模型进行计算。对比结果显示,采用各向同性迁移率模型的仿真结果与实验值偏差较大,对迁移率模型进行各向异性修正后,仿真结果与实验结果符合得较好。研究表明,实际制造的4H-SiC PIN二极管在直流开态下,存在迁移率的各向异性效应。

基于煤体渗透率各向异性的瓦斯抽采特性研究

为了确定合理的有效抽采区域,首先建立了含瓦斯煤岩体的流-固耦合模型,然后建立几何模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行数值解算,在考虑渗透率各向异性的基础上,研究钻孔周围不同位置的瓦斯压力变化规律。结果表明:考虑渗透率各向异性之后,瓦斯压力等值线图呈现出椭圆形状;渗透率各向异性会影响瓦斯在煤体中的运移,渗透率越低,瓦斯在煤层中运移越慢;达西速度与渗透率成正比,即渗透率增大,达西速度随之增大,渗透率各向异性使钻孔周围达西速度等值线呈椭圆分布,越靠近钻孔中心,达西速度越大,且随着时间的增加,达西速度最大值在减小;当钻孔周围瓦斯压力达到0.74 MPa时,受渗透率各向异性的影响其有效抽采区域呈现左右大、上下小的分布,瓦斯在渗透率小的地方难被抽采。

某水电站坝址千枚岩的岩石强度各向异性特征

以拟建的金沙江某水电站坝址绢云母千枚岩与硅质板状千枚岩为研究对象,通过岩石的单轴与三轴抗压强度试验研究,总结了千枚岩的岩石强度相对于其软弱结构面和加载主压应力夹角(定位角)的变化规律,并采用各向异性率指标定量评价千枚岩的各向异性程度。结果显示,千枚岩的岩石强度参数在定位角为30°左右时为最小值,定位角为90°时达到最大值;岩石各向异性特征在单轴抗压强度方面的敏感性较高。

圆形坑道各向异性稳定渗流的一个解析解

针对层状分布土体中的坑道渗流 ,建立一个均质、各向异性稳定渗流的数学模型 ;采用坐标变换法 ,推出等效潜水层中圆形断面水平坑道二维稳定渗流场的流量、水头及流函数公式 ;定义 ξ为渗透系数各向异性率 ,以表达含水层在各渗透主轴方向上渗透性的差别 .量纲为 1化算例证明了该解析解的正确性 .

波浪作用下渗透率各向异性的海床液化分析

为探究波浪荷载作用下渗透率各向异性的海床的瞬态液化问题,分别以雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和Biot多孔弹性方程作为波浪运动和海床响应的控制方程,采用LSM (LevelSet Method)法对自由表面进行追踪,以保证波浪运动模拟的准确性,并建立了波浪-海床相互作用的二维耦合数值模型.在验证数值模型合理性的基础上,进一步分析了波浪参数、海床土体的饱和度和渗透性对海床瞬态液化的影响.结果表明:波浪参数和海床土体饱和度对海床瞬态液化的影响显著;海床的瞬态最大液化深度随着波浪的高度、周期的增大而增加,随着海床土体饱和度的增大而减小;相比于海床土体的水平方向渗透系数,海床的瞬态最大液化深度对垂直方向渗透系数的变化更加敏感.

岩石渗透率各向异性评价新方法

岩石渗透率是一个典型的矢量,渗透率各向异性的测试和评价方法越来越受到人们重视。本文针对传统渗透率各向异性评价方法不能充分体现极值点影响、物理意义不明确、不便于岩心间的对比和归类等缺点,为了能够更加明确地表示储层岩石渗透率各向异性的特点,通过对前人评价岩石渗透率方法的研究,结合对不同岩性储层岩石的渗透率测试,提出了新的评价方法。包括用三向渗透率的几何平均代表岩心的视渗透率,用三角图表示各向异性渗透率的相对大小关系,用三向渗透率几何平均与算术平均比值来定量描述各向异性程度。通过对实际不同岩性岩心渗透率各向异性的具体应用,结果表明该新方法能科学、全面评价岩石渗透率各向异性。

延安晚更新世黄土颗粒微观各向异性特征及其成因分析

土颗粒的形状及其空间方位的择优取向是导致宏观土体各向异性的重要原因之一。以具有明显各向异性的晚更新世马兰黄土为研究对象,借助Quanta FEG型电子显微镜扫描照片所包含的相关信息,揭示其微结构在水平向和垂直向上的差异,并对该微观结构的各向异性成因进行了分析。发现:(1)水平向和垂直向切片中颗粒的圆形度R_0具有正态分布特征,无论垂直向还是水平向土壤颗粒均以次圆形、圆形和非常圆颗粒为主。(2)水平方向切片中颗粒的方位角具有一定的WN-ES的优势方向,而垂直向切片中土颗粒的长轴有与地面平行的优势取向,且埋深越深这种趋势越明显。(3)水平切片中土颗粒的各向同性性质更为显著,而垂直向切片中颗粒的各向异性性质更为突出,且随埋深的增加,各向异性增强。(4)水平向和垂直向切片中颗粒总的概率分布基本表现为随机分布,粉粒在数量上占绝对优势是导致这种无序分布的重要原因,相对于粉粒而言细砂则可在一定程度上体现其排列具有方向性。分析表明,颗粒的方位角和各向异性率对黄土微观各向异性具有较好的指示作用。同时,颗粒的方向性对黄土高原的古气候也具有重要研究意义。

耦合相对渗透率、斑块饱和与各向异性渗透率的Chapman模型横波速度频散研究

本文基于Chapman模型,在Chapman模型中引入了斑块饱和、相对渗透率模型和各向异性渗透率,研究讨论耦合斑块饱和、相对渗透率和各向异性渗透率这三个效应对横波速度频散的影响及其变化规律,研究发现其与频率有关:在中低频时,各向异性渗透率的影响最大;在高频时,斑块饱和效应的影响最大;而相对渗透率模型的影响在各个频率中都是最小的.理论分析和数值试验证实了部分饱和岩石地震各向异性如何被上述三种耦合效应所影响,提高了对含裂隙储层部分饱和岩石的频变地震各向异性的认识.

各向异性油藏注水开发布井理论与方法

油藏各向异性对于开发井网具有破坏和重组作用,致使井网的生产效果难以把握,严重影响油藏原油的产量和采收率,其开发井网的布置是一大难题。布井的关键在于突破传统的正多边形井网形式,建立变形井网。利用坐标变换将各向异性油藏变成等价各向同性油藏,分析了注水开发井网的变形机理。为了避免井网破坏,注采井排必须与最大渗透率方向(裂缝方向)平行或垂直;为了优化井网的油藏开发效果,井网注采单元的几何参数(井距和排距)由各向异性渗透率主值计算得到,提供了定量计算公式。

各向异性弹性孔隙介质中的热-流-变形耦合模型

研究微小孔隙介质中应变导致渗透率各向异性的问题.采用有限单元法综合分析处理储层变形-渗流-热传导耦合模型与应变导致渗透率变化模型,并用该方法分析弹性多孔介质的二维非等温变化单相渗流的耦合问题.对比结果表明,应变导致的渗透率变化模型能有效反映蒸汽注入引起的岩层各向膨胀,与热采过程中油藏的实际情况更吻合.

特低渗透各向异性油藏平面波及系数计算方法

特低渗透油藏常表现出非达西渗流和渗透率各向异性的特征,为了解决特低渗透各向异性油藏水驱平面波及系数的理论计算问题,通过构建考虑启动压力梯度的非达西流管模型,利用坐标变化将渗透率各向异性油藏转化为等效各向同性油藏,推导了特低渗透各向异性油藏五点井网油井见水时间和平面波及系数的计算公式。该方法可用于定量表征特低渗透各向异性油藏水驱平面动用程度,为特低渗透各向异性油藏开发设计和评价提供理论依据。以鄂尔多斯盆地某特低渗透各向异性油藏为例,利用该方法分析了启动压力梯度、渗透率各向异性系数和注采参数对特低渗透各向异性油藏平面波及系数的影响,结果表明,当油藏渗透率各向异性较强时,注入水沿主渗透率方向快速突进,导致平面波及程度低,可通过优化井排距、增大注采压差或者井网加密的方式,减小死油区,以提高注入水的波及程度。

液冷锂电池热管理系统性能与电池热物性特征耦合分析

温度是影响锂离子电池安全性及电化学性能的重要因素。设计高效的电池热管理系统对锂离子电池进行温度控制,是确保电池安全性、提升电化学性能的关键。构建了基于液冷的圆柱形锂离子电池组热管理模型,采用数值模拟的方法分析了冷却工质入口流速、电池冷却面积等系统参数以及电池径向热阻等电池自身参数对系统冷却性能的影响。结果表明:冷却工质流速增大,在提高电池冷却性能的同时也会导致系统压降大幅提高而降低系统经济性;通过增加冷却块数目或者冷却块高度的方式均可以提高电池冷却面积,前者效果更优;在相同冷却面积下,采用高度较小而数量较多的冷却块,能够实现多点冷却,从而提高电池模组温度均匀性;锂离子电池散热性能由电池内部导热热阻主导,提高电池径向热导率能够显著降低电池最高温度并提高其温度均匀性。因此,电池热管理系统的设计,必须综合考虑冷却系统参数、电池热物性参数以及电池运行情况,以确保电池组及热管理系统安全、高效、稳定运行。

裂缝性储层渗透率张量定量预测方法

针对裂缝渗透率张量难以准确定量预测的问题,借助于古今岩石力学层产状的变化,预测裂缝的现今产状;以断裂力学中裂缝表面能以及岩石应变能理论为基础,预测现今裂缝的线密度;通过现今应力场数值模拟,计算三向挤压状态下裂缝的开度,进而确定现今裂缝的平行渗透率。利用裂缝的现今产状将静态坐标系与动态坐标系统一到大地坐标系中,建立了多组裂缝渗透率张量的定量预测模型,给出了渗透率主值、主值方向的计算公式,并且通过调整动态坐标系旋转角预测单元体内不同方向的渗透率。定义了表征渗透率各向异性的3个参数:裂缝渗透率极差比、渗透率突进系数和渗透率变异系数,定量评价裂缝渗透率的非均质性。以铜城断裂带东翼阜宁组二段储层为例,进行了裂缝渗透率张量预测工作。