管道Bingham流问题的各向异性四边形有限元逼近

研究一类可用于管道Bingham流问题的各向异性任意窄边四边形有限元方法,在不要求通常正则性和拟一致条件下得到了与传统有限元相同的最优误差估计.

管道Bingham流问题的窄四边形元逼近

讨论了管道Bingham流问题的窄四边形元逼近方法.在区域剖分不要求满足通常的正则性假设或拟一致性假设情形下,通过各向异性窄四边形元及利用相应椭圆投影,得到了与传统有限元相同的最优误差估计,从而扩展了有限元的工程应用范围.

管道Bingham流的变网格有限元法

本文讨论了管道Bingham流的变网格有限元逼近,并在合理的正则性假设下,得到了确定模意义下的误差估计。

管道Bingham流的质量集中有限元法

研究了管道Bingham流问题的质量集中有限元方法 ,对其真解的合理正则性假设下 。

磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。

穿河输流管道自埋特性试验研究

针对穿河输流管道易受水流冲刷破坏,导致输运介质泄露的问题,通过试验研究穿河输流管道自埋特性,观测了管道自埋过程和地形剖面特征,分析了管道自埋程度的影响因素。结果表明,在一定水力条件下,当穿河管道具有一定的初始嵌入度时,管道底部河床泥沙不会冲穿,管道反被泥沙掩埋,具有明显的自埋特性,穿河输流管道前后掩埋斜坡坡度均趋于稳定值;管后相对掩埋距离L/D随弗劳德数Fr增大而增大,随初始嵌入度e/D增大而减小。

考虑动态腐蚀的输流管道时变共振可靠性及灵敏度分析

考虑输流管道受到环境动态腐蚀,壁厚变化引发输流管道固有频率变化,从而可能导致共振。因此,考虑时间变化以及输流管道结构参数、流体参数和外部激励频率的不确定性,采用Galerkin法求解输流管道固有频率,建立时变防共振功能函数,引入基于自适应Kriging模型的时变可靠性算法对时变失效概率进行高效求解,并与MCS法和SL-ALK法对比验证了方法的准确性,采用变量灵敏度指标评估各随机变量对时变失效概率的影响,分析了流体密度和流速对于时变共振失效概率的影响规律。

基于多角度弯曲高压输流管道流固耦合分析

弯曲高压输流管道在工程实践中应用广泛,为分析其输流特性,通过构建动力学模型,应用SolidWorks软件建立定圆角多弯曲角度管道有限元模型,ANSYS的Workbench平台搭建Fluent模块和瞬态结构模块进行流固耦合,创建数据传输进行模态分析,进而研究高压流体流入管道后在弯道处对管壁的冲击力大小、应力、应变的数值变化。结果表明,不同角度输流管道对管壁的影响不同,从而为工程实践合理规避管道压力的危害提供理论参考。

海洋生产平台管道式分离系统流场特性研究

随着海洋油田开采时间延长,采出液分离难度逐渐增加。为满足分离速度和效果的需求,减小占地空间,结合南海某平台生产参数,对管道式分离系统流场特性开展数值模拟研究,并依据现场测试数据进行了验证。研究表明:采出液经管道式分离系统的T型管分离器处理后,能够基本实现游离气与液相的分离;下游油水混合液经过柱形旋流器处理后,水中的含油率可小于30 mg/L。证实该技术满足平台油气水分离要求,表明了分离系统中的多相流场流动特征。

自流充填系统的管道压力与流量特征研究

以某高浓度自流充填矿山为例,采用理论分析、室内试验及实测验证相结合的方式,研究了自流充填系统管网参数与阻力特征。结果表明,自流充填系统工序多,正常充填的流量波动范围可达100~240 m^(3)/h,压力1.2~2.2 MPa。管道具体点位的流量呈似正态分布,均值为190 m^(3)/h;压力具有2个区间特征峰,分别为1.86 MPa和3.04 MPa,单一点位的管道参数不能用于分析与判断堵管、泄漏等工况。管道区间压力差和流量差具有显著的正态分布特征,统计数学期望值分别为4.62 m^(3)/h和0.64 MPa,可用瞬时流量差和压力差判断管道堵泄状态。用Swamee-Aggarwal公式预测层流-紊流过渡区的管流阻力为2.08 MPa/km,与实测值2.15 MPa/km相吻合。

基于管道重力流的负压研究及其在排沙工程中的应用

为了解决山塘水库排沙清淤难题,试图利用山塘水库蓄满水后的弃水通过管道虹吸方式排走淤积泥沙,为此进行了大量调查研究,找到了解决方案。设计相关试验装置,研究管道重力流上端形成负压的规律。研究发现,水流经三通在重力作用下沿垂直向下的管道向下流的同时会在其顶端产生负压,负压的大小与进出水管道的截面面积比、出水管的长度有关,试验测得的负压值为390~6350 mm水柱。利用管道重力流上端形成的负压便可以使虹吸排沙管启动虹吸,山塘水库蓄满水后弃水时通过虹吸排沙管弃走库底含有大量泥沙的底层水,实现了利用虹吸管道排沙的目的。利用控制管道重力流形成的负压启动、停止的山塘水库自动排沙装置,启动、停止无须人员操作,使用山塘水库蓄满水后的弃水,运行稳定不耗能、不耗水,方便实用,有效地解决了管道清淤技术中管道过坝的难题,可长期稳定地清除山塘水库沉积的泥沙。

基于绝对节点坐标法的复杂构型输流管道简支支承设计研究

输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关于管道流固耦合动力学的研究大多集中于单一的直管或规则型弯管(如弧型、半圆型和正弦型等),对于实际工程中常见的复杂构型管道,比如L型、S型和U型等,研究还较为少见.文章基于绝对节点坐标法(absolute node coordinate formulation, ANCF)建立了具有普适性的非线性振动理论模型,可用于解决任意构型和任意支承边界下输流管道动力学问题.以L型、S型和U型3种典型构型输流管道为研究对象,首先开展了收敛性分析,找出合适的计算单元数.然后借助CFD仿真结果与理论模型进行对比验证,计算结果表明,相较于有限元方法,基于绝对节点坐标法建立的理论模型在预测复杂构型输流管道的非线性变形时,具有更高的计算效率.基于该理论模型,研究了简支支承位置对3种构型输流管道的固有频率、屈曲位移和应变特征的影响规律.研究发现,存在最优简支支承位置使得输流管道基频达到最大、屈曲位移和应变的极值达到最小.本研究为提高工程中管道的稳定性与使用寿命提供了理论依据与设计指导.

水平管道泡沫流体流型实验研究

目前泡沫流体流动规律尚未形成统一完整的理论体系,且经典的流型图对于泡沫流体流型判别的准确度较低。因此本文基于可视化实验平台,研究了水平管道泡沫流体流型。结果发现,在气体流量27.28~163.68 m^(3)/h、液体流量22.6~1356.4 L/h范围内,随着气体流量或液体流量的增加,泡沫流体流型逐渐由泡沫波浪流过渡到不完全环状波浪流,再到泡沫完全环状流。相同液体流量下气体流量增加时流型的转变趋势与相同气体流量下液体流量增加时的趋势一致。

泄流板在管道漏磁检测器中的应用

为适应大口径天然气管道介质流速快的特点,需要在管道漏磁检测器上安装速度控制系统来实现对检测器运行速度的主动调控,但对于已经服役的管道漏磁检测器,不具备安装速度控制系统的空间。对于一定流速的天然气管道,可以利用泄流板调节检测器的运行速度。由于泄流板开设固定面积的泄流孔,检测器发送过程中的起动压差至关重要。利用牵拉试验获取了检测器起动所需压差,利用带固定泄流孔的检测器起动压差方程验证检测器能否正常起动,利用建立的固定泄流孔局部阻力系数方程得出泄流后检测器的运行速度。经过4次工业应用,验证了上述方程和计算流程的可靠性。

长距离重力流管道在硬土层采用定向钻设计探讨

长距离重力流管道采用定向钻技术主要受地质情况、水文条件、现场施工环境、埋深等因素的影响。本文结合厦门市324国道提升改造工程污水管道定向钻穿越工程实例,全面介绍了管道采用定向钻技术的基本原理及研究现状,系统阐述了重力流管道在硬土层采用定向钻工艺的导向过程控制、回拖改进措施及钻进过程中遇到突发事件的解决方案,为类似长距离重力流管道在硬土层施工采用定向钻技术提供工程参考。

基于数据驱动的管道流致振动计算方法

高速流体在流经管路系统中的弯头、阀门、三通、孔板等节流组件时,流体冲击载荷容易诱发管道的振动,甚至导致管道及其附件的损坏。常规的管道流致振动分析需要开展流体在管内流场以及流体与管道流固耦合计算,耗费计算工时较长不具备通用性。通过基于数据驱动的神经网络方法分析,建立典型流体元件的流动特性数据库,采用神经网络分析,可以在较短时间内完成流致振动的计算。该方法可以在设计阶段对可能发生振动的管道进行分析和计算,并通过改变管道设计来避免或减轻管道的振动,该方法也可适用于其他行业管道系统的流致振动分析。

对三通管道不同出口夹角湍流数值模拟研究

三通管道具有结构简单、装卸方便、经济高效等优点,被广泛应用于水利输水系统中。文章采用FLUENT软件,对三维不同出口夹角的三通管内部流体动力学进行数值模拟研究,分析研究不同出口夹角下三通管内部流体的速度场、压强场及流线分布的变化规律,得出以下结论:管道内流体流速、压强、流线呈对称均匀分布;随着出口管段夹角的不断增加,管道内流体的速度也逐渐增大,而压强逐渐减小,入口管段与出口管段相接处形成涡旋区,且夹角越大时,此区域内流体的速度、压强、流线变化越复杂,且此区域所产生的负压达到最大。即可对三通管入口管段与出口管段相接处进行结构优化从而降低负压减小对管道的空蚀破坏,为管道的合理设计提供可靠的理论依据。

海底多跨管道流-固-土多场耦合试验研究

为弥补现阶段缺乏多跨管道涡激振动试验研究的不足,综合考虑流-固-土多场耦合,创造性地设计了一套完整的拖曳水池试验系统,并开展了多跨管道涡激振动试验观测。该试验系统可实现海底管道结构自身属性、土体作用、来流速度和预张力等因素对多跨管道涡激振动影响的数据获取,可为后续多跨管道涡激振动的理论研究和数值模拟提供数据参考和验证。研究结果表明:该系统可精准模拟多跨管道复杂的涡激振动现象。该研究可为多跨管道跨间作用机理的试验研究提供新思路,同时为系统地研究多跨管道涡激振动提供试验装备支持。

下地壳管道流与青藏高原地貌特征研究

为研究青藏高原粘性系数及粘性层厚度特征,依据地形高程粘性和厚度不同的管道流原理,研究粘性系数和下地壳流厚度的变化与高程变化之间的关系,并根据青藏高原的不同方位的不同地形变化求解了不同方向管道流的粘度和厚度,得到如下成果:(1)下地壳管道流粘度越大、厚度越小,形成的地面高程变化越陡峭;(2)青藏高原南部印度经喜马拉雅边界到昆仑山地区最大粘性系数约为10^(20)psa,管道流厚度约为25km;(3)青藏高原到青海甘肃剖面下地壳管道流最大粘性系数在10^(20)psa管道流厚度约为40km;(4)青藏高原东南过龙门山地区到四川盆地中部地区下地壳管道流最大粘性系数约为1021psa,管道流厚度约为40km,与青藏高原到青海甘肃地区差异性不大;(5)青藏高原东南到云南地区下地壳管道流最大粘性系数约为1018psa,下地壳管道流厚度约为32km,与四川盆地地区及青海甘肃管道流厚度差异较大.结果表明:青藏高原不同方向管道流的粘度是有差异的,各地区管道流厚度差异也较大,总体呈现西薄东厚的特点。纵观四个剖面结果,青藏高原西南与印度交界处地势最为陡峭管道流厚度最小.不同厚度和粘性系数的下地壳管道流模型对青藏高原地貌构造解释比较合理.本文采用水平管道流对青藏高原的四个剖面解释了青藏高原地形形成的一种可能形成机制。

基于LASS0-MBAS-ELM的海底多相流管道CO_(2)内腐蚀速率预测

针对海底多相流管道CO_(2)内腐蚀发生频繁,检测难度大的问题,建立基于套索回归(LASSO)和多种群甲虫天牛须优化算法(MBAS)的极限学习机(ELM)预测模型,以提高预测效率及预测精度。以LASSO回归筛选腐蚀影响因素,提取关键指标,降低预测输入维度;采用MBAS对ELM的输入权值及隐层阈值进行修正,避免因随机设置造成的不稳定性。以我国海南东部某海底油气管道的50组数据为例,通过MATLAB模拟仿真,分析预测结果,并与其他两种模型对比。结果表明:温度、pH值、流体流速和CO_(2)分压是影响该类型管道腐蚀的关键因素。LASSO-MBAS-ELM模型的预测结果与实际值拟合度更高,其均方根误差、平均绝对误差及平均绝对百分误差分别为0.089%、0.079%和3.068%,均优于对比模型。所提出的方法在数据有限的情况下,仍具有良好的可靠性和稳定性,为准确掌握海底管道腐蚀状况提供了新的思路;同时为海洋油气运输系统日常运行维护提供了参考依据。