利用点电流源和Tikhonov正则化的潜艇稳恒电场反演方法

为了评估潜艇水下腐蚀相关稳恒电场分布特性,从潜艇水下腐蚀相关稳恒电场产生机理出发,基于等效点电流源建立潜艇水下腐蚀相关稳恒电场正演模型,并利用Tikhonov正则化根据已知电场数据求解等效点电流源电流强度,对潜艇周围海水空间的腐蚀相关稳恒电场进行推算。将某型潜艇的COMSOL软件仿真结果作为模拟试验数据,对所提方法有效性进行验证。结果表明:由水深38 m电场值向水深42.5 m和水深33.5 m进行反演时,相对均方根误差、最大值相对误差、峰峰值相对误差均不超过0.06;由较近平面向较远平面进行反演时,即使推算深度达到45 m,相对均方根误差仍然在0.21以内;噪声标准差为实际电场最大值的0.1倍时,反演误差仍然小于0.1。该算法抗噪声能力强,精度较高,能较好地用于工程实践。

分层土壤中点电流源电流场计算的递推算法

提出了一种适用于具有任意分层的水平或垂直土壤结构的计算点电流源电流场的递推算法。详细地分析了利用递推法获得水平或垂直多层土壤中的电流场的过程。与以往的方法相比,该方法的优点在于无需将每层土壤中的电位表达式具体写出,避免了极为复杂的公式表达,非常便于开发任意分层土壤结构的接地网接地性能数值分析软件。为了验证其有效性和正确性,对任意一段线电流进行了分析计算,并将分析结果与已有的计算结果进行比较,相对偏差很小。

关于人工源极低频电磁波发射源的讨论——均匀空间交流点电流源的解

大功率人工源极低频电磁波(Control Source of Extremely Low Frequency method,CSELF)技术中,辐射天线由布设在高大地电阻率区的接地长导线源构成,通过接地点向大地注入数百安培的强电流.目前有关强电流在大地中的流动特性和分布规律,尚未完全弄清楚.本文提出一个新思路,将CSELF发射天线分解为两部分:交变的接地长导线源和接地处的交流点电流源,二者响应的叠加构成总场.本文重点讨论了均匀空间下交流点电流源的求解,对比研究了交流点电流源响应、直流点电流源响应之间的差异.结果表明,在小范围内(场源距几十、几百米以内),均匀空间下交流点电流源场和直流源场差别较小,可相互近似,但在大范围内,交流点电流场比直流场的衰减要快得多.由于CSELF辐射天线跨度上百公里,场源距很大,其电流分布规律遵循交变场规则,不能近似为直流场.

煤巷多点电流源双频激电法超前扫描探测技术

在掘进工作面上设计多点电流源双频激电法探测电极布置方式,根据稳定电流场性质,建立多点电流源电场线微分方程,基于变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法,对微分方程组进行求解。定义探测电场空间立体角和电场线边界角概念,分析探测电场平均电流密度随主屏流比系数及距掘进断面距离变化规律,确定聚焦效应探测时主屏流比系的取值范围。同时改变约束屏流比系数和主屏流比系数,分析探测电场偏转角的变化规律及对其影响的主要因素,确定偏转效应探测时约束屏流比系数的取值范围。工业性试验表明:利用该方法进行超前扫描探测,根据视幅频率和视电阻率异常激电效应参量变化规律,能够有效识别工作面前方围岩地质构造特征及低阻含水异常体的方向,但含水异常体距工作面的准确距离和含水量的大小尚需进一步研究。

多层介质点电流源磁场响应计算

介绍了点电流源层状介质模型磁电阻率法响应的模拟方法。由电流磁场的旋度公式出发,推导了多层介质中点电流源磁场的表达式,其为一个关于空间径向坐标和贝塞尔函数空间波数的二重积分。利用贝塞尔函数的性质可将该二重积分化为标准的贝塞尔积分,然后采用直接数值积分的方法计算该积分。在此过程中通过连分式展开加快积分求和的收敛速度。利用上述方法对海底天然气水合物模型点电流源产生的磁场进行了计算。模型计算结果表明,海底天然气水合物的存在能引起磁场较为明显的相对变化。

层状各向异性地层中的点电流源

本文从电流连续性方程出发，利用欧姆定律导出了各向异性地层中的电位方程，并给出了解的基本形式。文中还导出了点电流源位于各向异性地层的地表或地层中两种情况下的一次电位，利用递推法得到了半无限N层各向异性地层地表上点电流源所产生的电位通解，推出了电流源位于N层各向异性地层中任意位置时的电位表达式。根据文中给出的理论结果，只需取纵、横两方向电导率相等，即可得到相应模型各向同性地层中电流源的电位解。

点电流源在双层导电介质中的电势及其应用条件

本文从求解拉普拉斯方程入手,利用极限条件和边界条件推出了半无穷大空间中的双层导电介质在点源电流场中产生的电势分布规律,推出了几种特殊情况下的电势分布规律.导出了点电流源在双层导电介质中产生的电势及电势的条件.

用快速汉克尔变换计算各向异性层状介质中点电流源的电位响应

针对任意各向异性地层,利用快速汉克尔(Hankel)变换导出了点电流源在地下介质中的电位响应关系,计算了各向异性地层的直流电视电阻率,重点分析了电阻率测深方法对地下各向异性介质的探测能力。这里采用二维傅立叶变换,首先导出了均匀各向异性层的电位一般解函数,利用各层界面电位和电流密度垂向分量的连续性及地下电流源的耦合条件,推导出不同层之间电位和电流密度垂向分量的传递函数,建立了空间电位和电流密度的递归计算关系。针对源点附近电位函数的奇异性,采用柱坐标变换,将二维傅立叶变换转化为汉克尔(Hankel)变换,并用快速汉克尔(Hankel)变换计算所有的位函数值。采用均匀各向异性半空间的解析解,验证了文中算法的正确性,给出了多层各向异性地层模型的视电阻率响应曲线,分析了直流电法探测裂缝性地层,估计裂缝分布性状的可能性。

基于等效电路和点电流源的潜艇水下腐蚀电场估算

为了对潜艇涂层破损状态的水下腐蚀电场进行快速评估,基于电化学腐蚀原理和潜艇结构特点,建立潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流等效电路,对潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流强度进行估算,并基于点电流源对潜艇腐蚀电场建模,将潜艇涂层破损部位和裸露螺旋桨等效为点电流源,利用点电流源在分层介质中的电场计算公式对潜艇涂层破损时的腐蚀稳恒电场进行估算。与潜艇腐蚀电场商业有限元软件COMSOL仿真结果对比表明:该估算方法得到的潜艇表面腐蚀电流和不同路径电场分布曲线规律与COMSOL仿真结果基本一致,电流估算值相对误差不超过6.5%,电场各分量峰峰值相对误差不超过18%。

直立多层介质地面点电流源电场的数值计算方法

直立多层介质地面点电流源电场的数值计算方法,主要是对直立多层介质地面地质问题的研究,通过研究其电场的数值计算方法,并将其编写成计算机程序,应用到计算机上,以便在电法勘探数据处理中应用。结果表明:该算法在计算机中用时很短,且程序所占的内存较小,可以良好的应用到实际电法勘探解释工作中并提高工作效率。

均匀围岩介质中点源电流场的巷道影响模拟研究

以巷道底板供电为例,采用三维有限差分数值模拟技术对矿井下有巷道存在时的全空间点源电流场的分布进行了计算,根据计算结果初步总结了巷道的影响规律。

基于点源的救援井探测模型分析与仿真

钻救援井是目前控制井喷事故的有效方法。为了研究救援井电磁探测方法,采用井地电流注入法,构建了基于点源的救援井探测模型,并利用有限元软件,分析了电极布局方式、电流大小、事故井与电极间距、套管长度对事故井套管汇聚电流密度的影响。研究结果表明:接地电极置于套管处更利于事故井套管的电流汇聚;电极与套管的间距越大则汇聚电流密度越小,且注入电流大小与套管的汇聚电流密度大小呈线性关系;汇聚电流密度大小随套管长度的增加而增大,但增大的幅度随着套管长度的增加而减小。验证了事故井套管汇聚电流模型的有效性与可行性,为研制救援井连通测量工具提供了一定的理论依据。

结合有限项多指数级数近似的点源格林函数闭式算法

针对水平层状介质点电流源格林函数,提出了一种快速计算技术。该方法利用点电流源层状介质格林函数谱为单调实函数的特点,采用多指数级数近似格林函数谱,进而借助Somerfeld-Lipschtz积分实现格林函数的闭式计算。计算过程中,格林函数谱以等对数间隔抽样,近似多指数级数的指数常数保持固定并被等对数间隔抽样,近似过程只是指数级数系数谱的计算过程。计算结果表明,采用如下参数能实现点电流源格林函数高精度闭式计算:(1)λmin=10-6,λmax=10,采样点N=128,λ对数抽样;(2)T2min=10-7,T2max=103,T2对数抽样,抽样个数M=64;(3)最优正则化参数α2=10-5,采用最简单模型对解进行约束。

井-地电阻率法在煤田安全中的应用研究

针对利用电法研究煤田生产中的陷落柱等问题,本文实现了点电流源三维地电场正演,并将模拟结果应用到了实际地质试验中.正演模拟结果以及实际测量结果的分析表明:该技术能很好的探测陷落柱位置及其富水性,可以为煤矿井下安全生产起到一定的指导作用.

井地电位2.5维有限元数值模拟异常分析

从井地电位法满足的边值问题出发,利用有限元推导了井地电位2.5维的详细解法,并编制了相应的程序。然后利用该程序对一水平层状的地电模型进行了正演计算,并与解析解做了对比分析,验证了程序的正确性和有效性。在此基础上对均匀介质中分别存在高阻板、低阻板以及高阻板与低阻板同时存在的模型,进行了正演计算,得到了视电阻率拟断面图及点电流源在不同深度的视电阻率曲线分布图。结果表明,该方法能够对地下介质进行有效的探测,能够精确地确定异常体上边界、下边界的埋深位置。

电法在基桩桩长检测中的应用

应用地下单点电极(或多点电极)与无穷远电极向地下供电产生电场分布的特点,通过检测地表电位差的分布,可以确定地下单点电极(或多点电极)的埋深,从而达到检测混凝土管桩桩长的目的。结合工程项目,对预应力管桩的实际桩长进行了检测,电测井测试对比检验说明检测是成功的。用电法检验工程桩桩长,弥补了低应变反射波法难于有效、精确检测多节预应力管桩实际桩长的困难局面,可有效发现工程质量隐患。

深水油气勘探救援井精确探测技术研究

深水油气勘探开发已成为石油工业的热点,但井喷等事故时有发生。钻救援井是解决井喷事故的有效方法,其中救援井与事故井相对位置的精确探测是实施救援的关键。利用软件模拟半径为139.7 mm的井喷井,在其附近设置一个1 A电流源和一个接地电极,研究电流源和事故井距离、两电极距离、事故井半径对事故井套管上电流密度的影响。研究结果表明:事故井和救援井距离越近,事故井套管上的电流密度越大,且事故井套管上电流密度最小值的位置点越接近电流源所在处的位置;事故井中电流密度最小值的位置点所在处是由点电流源所在处的位置决定的;事故井半径越小,电流密度的幅值变化就越大,其上的电流密度的幅值也越大。研究结果对海上钻井救援提供了一定的理论依据。