超临界CO_(2)在水平螺旋凹槽管中传热和压降特性的数值研究

采用RNG K-ε模型对超临界CO_(2)在水平螺旋凹槽管和光管管内的冷却换热特性进行了数值模拟,并对速度场、温度场及涡量进行了对比分析,证明了螺旋凹槽管比光管具有更好的换热性能。探究了在不同入口雷诺数、入口压力及有无浮升力条件下,螺旋凹槽管整体换热性能的变化。结果显示:螺旋凹槽管的换热系数随着入口雷诺数的增大而增大,而在不同入口压力下,换热系数与比热容的变化趋势一致;在不同入口压力和入口雷诺数条件下,螺旋凹槽管的换热系数都在拟临界温度附近达到最大值;有浮升力可以增强换热强度,且主要表现在拟临界温度附近,随着雷诺数增大,重力引起的浮升力效应更明显;压降随着入口压力和入口雷诺数的增大而增大,随温度单调降低,随着超临界CO_(2)温度的升高,低温状态下压降急剧降低,在拟临界温度后开始缓慢变化。

异形凹槽螺旋槽管传热及流动阻力的实验研究

在螺旋槽管的基础上开发出一种新型强化管-异形凹槽螺旋槽管,对5根不同结构参数的异形凹槽螺旋槽管的换热特性和流体动力学特性进行了试验研究,实验时Re在8000~30000间,所有实验数据均在管外冷凝条件下获得的, 对大量实验数据用多元线性回归法得到了具有较高精度的异形凹槽螺旋槽管的传热系数及摩擦系数的统计关联式,分析了影响异形凹槽螺旋槽管传热与流阻性能的主要因素,为换热器的设计及改造提供了理论依据.

螺旋凹槽结构磁流变阻尼器性能分析与试验

磁流变(MR)液是一种新型智能材料,MR阻尼器可充分发挥半主动控制系统的优越性,因此近年来在结构振动控制领域备受青睐。阻尼力的大小和可调系数是衡量MR阻尼器性能的两个重要指标。该文基于对MR阻尼器流变特性的力学分析,研制了一种活塞表面刻有螺旋凹槽的新型MR阻尼器。通过性能试验及其与理论分析的对比,研究了具有不同螺旋凹槽结构的MR阻尼器的力学性能。结果表明:螺旋凹槽可提高活塞表面的摩擦系数,从而在不降低阻尼力可调系数的前提下提高了最大阻尼力;通过改变螺旋凹槽的螺旋间距以及设置多头螺纹,可获得不同的活塞表面摩擦系数;通过适当改变螺旋升角,可增加MR液的回流,以防止MR液发生沉降。

水平井涡流工具螺旋凹槽壁面液膜厚度理论研究

涡流工具是近年来引入天然气行业的一种新型井底积液助排工具,该工具能够有效地提高气井的携液能力,减少流动压降损失,高效的排出井底积液。迄今为止,涡流排水采气技术在我国仍然处于现场试验阶段,缺乏相应的理论研究。液膜厚度是描述井下涡流排水采气工具作用效果的关键因素,本文对流经涡流工具螺旋凹槽的壁面液膜厚度进行首次理论探索。通过建立螺旋凹槽正交曲线坐标系,结合实际物理过程,将客观原型化繁为易,建立了涡流工具螺旋凹槽壁面液膜物理模型。在简化模型控制方程和假定边界条件的基础上,根据稳定液膜受力平衡和传质平衡条件,利用特征线法得到了涡流工具螺旋凹槽壁面液膜厚度理论解析解。该理论模型为评价涡流工具作用效果奠定了理论基础,并能够更加科学有效地指导涡流排水采气技术在现场的应用。

螺旋凹槽蓄热球凝固传热过程数值模拟研究

为了提高蓄热装置内相变球的放热效率,该文设计了一种表面有螺旋凹槽的相变球并建立了三维模型,用I CEM CFD进行网格划分,完成网格无关性验证后,在fluent中分别数值模拟了一种基于螺旋凹槽相变球和光滑相变球的相变储热装置在进口温度T_(in)=313K,进口流速u=0.15 m/s,初始温度T_(0)=353K工况下的放热过程,得到了放热过程中相变材料(PCM)温度、液相率和平均表面传热系数随时间的变化曲线,截取了放热过程中某一时刻的水流速度矢量图和液相率云图,并探究了入口流速对PCM凝固时间的影响。研究结果得出:与光滑相变球蓄热装置相比,凹槽相变球蓄热装置内PCM凝固时间缩短了20%,放热时间缩短了37.5%。且入口流速较小时,提高入口流速可有效提高PCM凝固效率。

螺旋凹槽相变球蓄热效率仿真与研究

为了提高蓄热装置内蓄热球的蓄热效率,该文设计了一种表面有螺旋凹槽的蓄热球,用ICEM CFD建立了三维模型并进行网格划分,在fluent中分别仿真了一种基于凹槽蓄热球和光滑蓄热球的相变储热水箱在初始温度308K、入口流速0.1 m/s、入口温度363K和初始温度308K、入口流速0.15 m/s、入口温度363 K两种工况下的蓄热过程,得到了蓄热过程中相变材料(PCM)温度和液相率随时间的变化曲线以及液相率的分布云图,截取了蓄热过程中某一时刻的水流速度矢量图。研究结果得出:与光滑蓄热球相比,螺旋凹槽蓄热球的凹槽结构既增加了PCM与热媒体的热交换面积,又增强了蓄热箱内的对流传热,提高了换热效率,避免了热量的流失。对整个蓄热箱而言,大大减少了蓄热时间,提高了蓄热箱的蓄热效率。

微纳螺旋凹槽结构检测光子自旋角动量

建立螺旋凹槽结构模型,具有不同自旋角动量的光束入射到该结构后激发表面等离激元,螺旋凹槽结构的螺旋性与光子自旋角动量耦合,使得不同自旋偏振光激发的表面等离激元具有不同的强度分布.通过螺旋凹槽激发的表面等离激元的强度分布获得入射光的自旋角动量.利用有限元方法计算了左旋偏振光与右旋偏振光激发的表面等离激元在螺旋凹槽中心的光场强度比,最大消光比达到168,实现对光子的自旋角动量的检测.在数值仿真中,分析了不同入射光波长的消光比,入射光波长在600～740nm范围内消光比高于50,其中入射光波长为670nm时的检测效果最佳;此外,研究螺旋凹槽结构参量对消光比的影响,当凹槽宽度为200nm,凹槽深度为70nm,匝数为2时,消光比最大,螺旋凹槽结构检测光子自旋角动量的能力最强.该研究可为集成光学中光子自旋角动量的检测提供一种新途径.

一种多头凹槽螺旋钻杆的研制

以多头凹槽螺旋钻杆为研究对象,详细介绍了钻杆的研制过程,分析了多头凹槽螺旋钻杆的排渣机理,简述了钻杆的强度计算与校核。通过现场工业试验,改进凹槽螺旋钻杆的凹槽结构与接头的加工工艺,提高了多头凹槽螺旋钻杆工作的可靠性。

三棱凹槽螺旋钻杆在余吾煤业的应用

余吾煤业南五采区属于松软煤层,在使用麻花钻杆施工过程中,经常出现夹钻、塌孔情况,导致钻孔深度远小于设计孔深。为此,引进三棱凹槽螺旋钻杆用于改善打钻困难问题,三棱凹槽螺旋钻杆具有顺畅的排渣通道和较强的排渣能力,同时利用“二次破煤”特点,能够有效减小煤渣颗粒的粒径,大大降低钻孔发生夹钻概率。通过分析三棱凹槽螺旋钻杆施工钻孔成孔深度、煤渣形态及抽采效果,得出三棱凹槽螺旋钻杆能够有效解决余吾煤业松软煤层打钻困难的问题。

三棱凹槽螺旋钻杆的设计

松软突出煤层由于煤层松软、破碎、承压能力低,钻孔施工非常困难。为了解决现有钻杆在松软突出煤层钻孔施工中出现的卡钻、埋钻等问题,设计了一种三棱凹槽螺旋钻杆,探讨了钻杆的结构特点及工作原理,通过现场工业试验验证钻杆的使用效果。

凹槽螺旋钻杆结构参数数值模拟与优化

为使凹槽螺旋钻杆在煤矿井下小孔径浅孔快速钻进时达到最快的成孔速度与最好的成孔质量,采用正交试验设计方法,运用工程流体动力学(EFD)对凹槽螺旋钻杆的凹槽结构参数进行数值模拟与优化,以得到最优的排渣凹槽结构。理论分析表明:凹槽数量N、凹槽深度d、凹槽宽度L、凹槽结构形式、凹槽螺距P、凹槽底部圆角半径R这6个结构参数显著影响Φ63 mm凹槽螺旋钻杆的排渣效果。当N=3条、平底式凹槽结构、P=160 mm、L=30 mm、d=3.5 mm、R=4mm时为Φ63 mm凹槽螺旋钻杆的最优理论结构参数组合。

一种适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺研究

随着煤矿瓦斯治理技术的发展,井下定向钻孔瓦斯治理技术在国内得到了广泛应用。但定向钻进技术在破碎煤层中钻进时经常遇到垮孔、塌孔、钻孔不返水等问题,从而导致钻进效率低,更严重的会引起卡钻、埋钻,导致掉钻钻井事故。通过对常规定向钻进工艺及钻具进行研究,针对性地研发了凹槽螺旋定向钻杆、煤矿坑道水平定向钻进安全接头及适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺并进行现场试验。通过现场试验表明,适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺成功解决了破碎煤层定向钻进问题,减少了卡钻、埋钻事故的发生,提高了钻孔深度,降低了设备风险,实现了破碎煤层的高效、安全钻进。