TOPOLOGICAL CLASSIFICATION OF 3D AND 2D SPIN STATES IN A FERROMAGNET INCLUDING AN ANNULAR CAVITY

In this paper the problem of topological classification of ordinary 3D)and planar(2D)spin states in a ferromagnet including an annular cavity is discussed. It is verified that the set of homotopy classes of either 3D or 2D spin states in such ordered medium can be constructed into the groups isomorphic to Z, the additive group of integers.

天然气储层裂隙中气-液两相流的流态转变条件数学模型

气-液两相在储层裂隙中流动时可能存在气泡流、段塞流、环雾流等流态,查明流动时流态转变条件能为气-液两相流流态形成机理研究提供依据,有助于天然气井的生产管控。根据气-液两相流不同流态的流动特点,结合连续介质控制理论和动量守恒原理,构建了气泡流-段塞流-环雾状流等流态之间转变的数学模型,确定了各流态间变化的临界条件和主控因素,通过气-液运移产出微观流动物理模拟试验验证了所建数学模型的准确性。结果表明:气-液两相在裂隙中的流态转变是气/液相的物理性质、注气通道孔径、裂隙流动通道孔径、气相流体流速、液相流体流速等因素耦合作用的结果。气泡流与段塞流能否转变主要取决于初生气泡大小、流动通道空间、液相界面波高度;段塞流与环雾流间能否转变取决于气相流体能否击碎液相流体并使之悬浮。不同流态间转变的主要控制因素不同:气泡流与段塞流相互转变的主控因素为裂隙系统的孔径,注气通道孔径越大、流动通道孔径越小,越容易发生段塞流;段塞流与环雾流相互转化的主控制因素为流体流速、气/液相流体的物理性质,气/液相对速度越大、气/液密度差越小、液相表面张力越小,越容易发生环雾流。研究成果能够为天然气储层裂隙中气-液两相流态形成机理和天然气运移产出研究提供理论依据。

不同断面形状的无粘结环锚衬砌应力状态分析

无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,其受力状态较为复杂。水工隧洞的开挖施工常采用钻爆法,这种施工方法易使隧洞断面形状出现非圆形,断面形状的复杂变化会使环锚衬砌受力变得更为复杂,对结构设计带来挑战。针对吉林省中部城市引松供水工程环锚工程隧洞开挖后出现的大量马蹄形断面,采用FLAC3D软件对不同断面形状的环锚衬砌进行三维建模分析,对比分析了马蹄形预应力衬砌和圆形预应力衬砌在施工期以及运行期的结构受力状态。计算结果表明两种断面形式的预应力衬砌在张拉期和运行期衬砌结构均处于安全应力状态,圆形衬砌整体受力更均匀,而马蹄形衬砌可改善锚具槽部位的受力,研究成果可为吉林引松工程环锚衬砌后续施工及今后类似工程提供重要参考。

BAR反应器中生物膜的分离及定量

通过试验证明,使用棉签和超声波可以有效分离BAR反应器载片上的生物膜。将超声波作用时间控制在 20min内基本不会造成生物量的损失,可最大程度地清洗分离棉签上的细菌。对BAR反应器中不锈钢载片表面生物膜的研究结果表明:AODC、DVC和HPC三种不同计数方法测得的生物膜中细菌数量有明显不同,达假稳态时AODC计数结果为 3. 5×106 CFU/cm2,DVC计数结果为 4. 8×105 CFU/cm2,HPC计数结果为 1. 2×105 CFU/cm2;不同计数方法反映出的生物膜生长规律相同,均表明不锈钢载片表面生物膜的生长在 16~19d内可达假稳态。

基于地层性质与环空状态的钻井液流变参数优选

钻井液流变参数优化设计对安全、优质高效钻井有着十分重要的意义,目前国内外还没有系统、科学、定量的优化理论与方法。笔者论述了钻井液流变参数既要适应所钻地层,又要保持良好的环空状态的优选与设计原则。提出了针对不同钻井液体系选择的流变模式,用井壁冲蚀系数、环空岩屑输送比与环空动压系数来表征环空状态的理论,研究建立了基于地层与环空状态的钻井液流变参数优选的理论与方法,为钻井液流变参数定量优选设计及现场优化控制提供了一种新的理论与工艺技术。

多相环形无刷励磁系统的运行特性分析

为了研究多相环形无刷励磁系统的运行特性,提出了基于数学建模和等值电路的分析方法。首先分析了多相环形无刷励磁机及整流系统的工作原理及运行特点,得到了二极管导通模式和整流器工作的等效电路。之后建立了多相环形无刷励磁系统的数学模型,包括绕组方程、直流负载方程、系统总方程等,并基于关联矩阵得到了考虑多相整流桥实际状态的标准方程等。然后在十一相转极式动模样机平台上进行了相应的实验,并将实验结果与仿真结果进行了对比,验证了数学模型的准确性。在此基础上,对实际应用的某330 MW机组的十一相环形无刷励磁系统进行了仿真计算,并对各阶段的等值电路、二极管电流及负载电压等进行了解析分析,发现了二极管存在提前导通和多管同时导通现象,得到了等值内电势计算公式和负载电压平均值,为多相环形无刷励磁系统的设计与优化提供了依据。

宝钢环形加热炉燃烧状态的检测和分析

通过对宝钢环形加热炉烟气成份的检测,总结和分析了环形加热炉目前的燃烧状态以及燃烧过程中设定的空燃比与实测空燃比之间的偏差。在此基础上提出了改进目前燃烧状态、既能确保燃料的完全燃烧又能最大限度节约燃料的技术措施。通过这些措施的实施,可以提高管坯的加热质量和减少燃料的消耗。

拉压性能不同材料全量型本构关系及环板的应力分析

将经典全量理论作了推广 ,考虑了应力状态对拉压性能不同材料塑性行为的影响 ,并用其计算了环板的应力分布 .结果表明 ,应力状态及塑性体积变形对环板的环向应力影响较大 .因此 ,不能将拉压性能不同材料简化成体积不可压缩的理想材料 .

灯泵高能固体激光器优化技术研究

传统闪光灯泵浦的固体激光器在实现一定重频的大能量、高功率激光输出方面有着无可比拟的优势.现以实现灯泵固体激光器高能优质输出为目的,针对制约灯泵固体激光器大能量输出的重要因素——热效应、泵浦效率以及激光放大等进行了理论分析与实验研究.研究表明,激光晶体表面加刻螺纹后,晶体的平均温度下降,使得晶体的谱线宽度变小,激光器的增益系数增大、阈值下降,且热透镜效应减小;采用双掺Nd∶Ce∶YAG晶体能够提高晶体对泵浦能量的利用率,降低阈值泵浦能量,实验结果与理论分析相一致.最后,设计了一种新型多棒环形放大结构,实验表明这是一种实现高能激光放大的有效方法.

无粘结环锚预应力混凝土衬砌应力状态分析

无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,由于衬砌结构组成体系复杂,导致其内部应力状态分布极为复杂,且在不同工况下受力会发生显著变化。为了解该结构在施工期和运行期的受力状态,并及时掌握衬砌安全状况,对小浪底排沙洞环锚预应力衬砌张拉期和运行期的应力状态进行了研究。采用等效荷载法和实体建模法相结合的方法建立数值模型,通过对应力状态计算和应力状态现场实测值进行对比,明确了不同工况下预应力衬砌受力状态。研究结果表明,小浪底排沙洞环锚衬砌在张拉期和运行期预应力状态都处于安全范围。研究结果对无粘结环锚预应力混凝土衬砌的设计、施工具有重要参考意义。

环状燃气管网非等温稳态流动计算分析

针对当前数学模型不适用于燃气环状管网的问题,基于燃气管网非等温稳态数学模型建立了汇流三通非管元件数学模型,对管网非等温稳态数学模型的方程封闭性进行了分析,给出了算例并进行计算。其计算结果通过与Pipeline软件计算结果对比,最大相对误差仅为0.29%,验证了汇流三通数学模型的适用及可操作性。

间隙环流作用下的泰勒涡演化及环流速度分布特性研究

屏蔽电机运转过程中由于粘性旋转流体所受到的离心力作用,间隙内部出现泰勒涡结构,使得间隙环流有着复杂的速度分布特性.这种速度分布特性不仅对屏蔽电机水力损耗及散热特性具有重要影响,而且也是屏蔽电机转子动力学所关注的基础科学问题.本文借助间隙环流流动性能实验平台,采用高速摄像机拍摄观测了湍流核心区泰勒涡的演化过程,面向工程应用阐明了间隙环流湍流核心区流动对边界层速度的影响规律,可为设计屏蔽电机间隙流道的尺度提供理论依据.采用计算流体动力学软件建立间隙环流仿真模型,研究了定间隙条件下泰勒涡的演化过程与环流速度分布特性,初步探讨了变间隙比对间隙环流速度结构的影响规律.研究结果表明,泰勒涡随间隙比及转子转速演化的仿真计算结果与实验测试结果的变化趋势较吻合.泰勒涡在径向与轴向方向上的速度分布具有显着差异,间隙环流涡的流动方向会改变流动边界的速度结构.当转速增大时,间隙环流由层流转变为湍流,速度形状不再沿间隙径向线性分布,而是产生畸变,呈现出壁面周围速度快速减小,中间速度渐趋平稳的轮廓.

滑阀稳态液动力补偿方法研究

提出了一种滑阀稳态液动力补偿方法,即在阀芯上加工环形槽。首先对阀芯的稳态液动力进行理论分析,结果表明在阀芯上加工环形槽,能够起到稳态液动力补偿的作用;再对滑阀进行流场仿真分析,结果表明稳态液动力的补偿程度与阀套沉割槽深度、阀芯环形槽深度、宽度等因素密切相关:沉割槽深度越小,环形槽深度越大,宽度越大,补偿效果越明显,补偿能力可以达到50%以上。但由于尺寸和强度条件的制约,环形槽不能完全消除阀芯稳态液动力。

气举反循环钻进井壁稳定及适用性探讨

气举反循环工艺具有钻进效率高、携带岩屑能力强、防漏效果好以及钻头寿命长等优点,同时还可以提高流体矿产的产能。但是一般认为气举反循环钻进抽吸作用会产生负压,不利于井壁稳定,不宜在松散地层应用。本文通过计算气举反循环钻进环空水力参数,并从环空压力以及冲洗液流态、流速等方面探讨研究气举反循环钻进中井壁稳定及其适用性,指出通过选取合适的钻具组合以及调节冲洗液性能,可使气举反循环工艺对不同地层的适应性更广。

深水环空圈闭压力的破裂盘泄压控制模型

井筒高温流体在生产过程中,向密闭环空传热引起的环空圈闭压力上升现象是深水油气开采面临的主要问题之一。为了保障井筒安全,结合深水油气井的生产实际,基于拟稳态传热以及耦合压力-体积的环空压力计算方法,建立了多环空圈闭压力预测模型。根据破裂盘工作原理,建立了由内向外和由外向内的破裂盘打开阀值确定方法。以西非某井为例,对生产过程中井筒温度和环空压力进行预测。套管强度校核结果表明,正常生产过程中,表层套管和技术套管存在胀破风险;在生产套管的环空泄压或者掏空后,生产套管存在挤毁风险。采用破裂盘技术后,各层套管均满足校核的要求。因此,破裂盘技术可有效实现套管的保护,对深水油气资源安全开采具有重要意义。

环形燃烧室中自燃推进剂的非稳态旋转爆震现象

为研究环形燃烧室中自燃推进剂旋转爆震波的传播特性,以一甲基肼和四氧化二氮为推进剂,在圆环形燃烧室中组织旋转爆震燃烧。燃烧室外径和内径分别为60 mm和30 mm,采用了24对撞击式喷嘴,四氧化二氮的喷孔直径为0.4 mm,一甲基肼的喷孔直径为0.3 mm,通过高频脉动压力传感器记录了旋转爆震波的传播过程。研究结果表明:自燃推进剂的旋转爆震燃烧过程具有高度非稳态特性,不仅各个旋转周期之间存在明显差异,而且同一个传播周期内旋转爆震波的强度也是动态变化的;对于自燃推进剂的旋转爆震燃烧的产生及维持过程来说,外界激励不起决定性作用,燃烧室几何构型、流量和混合比对旋转爆震燃烧的影响更大。

环形势阱中两分量BEC为相混合态的基态特性

应用托马斯-费米近似与运用虚时演化和时间劈裂傅里叶赝谱法研究处于旋转的环形势阱中两分量玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)为相混合态的基态特性。首先,应用托马斯-费米近似得到每组分密度从圆盘变成圆环的临界旋转角频率,通过比较旋转角频率与临界角频率的大小,凝聚体基态呈现出不同的密度分布:当两组分内部相互作用强度不相等时,凝聚体基态呈现三种不同的密度分布;当两组分内部相互作用强度相等时,凝聚体基态呈现两种不同的密度分布。其次,运用虚时演化和时间劈裂傅里叶赝谱法数值模拟得到两分量凝聚体的基态密度分布,以及以旋转角频率和相互作用强度展开的相图,发现数值解与解析解一致。

环形沉沙过滤系统水流状态模拟分析

为研究环形沉沙过滤系统的水力特性及流场变化情况,以自然界地势落差为基准,采用重力特性和分段逐级过滤的理念,设计一款具有占地面积小、投资少、易维护、运行成本低等优势的环形过滤系统。利用CAD软件对其进行构建,并结合Gambit软件进行建模,分析得出该系统过滤粒径在0.125 mm以上沙粒去除率达到99.3%,达到微灌水质要求。

环形炉圆钢坯加热过程热态试验研究

应用热态模型试验的方法对环形加热炉圆钢坯加热过程进行了研究 在此基础上 ,进行了现场测试 ,根据实验和实测结果 ,对数学模型进行了修正 。

过渡态工况下环形燃烧室热态三维数值模拟

利用商用软件对环形燃烧室从慢车到最大状态的过渡态过程进行了数值模拟,并通过与传统的工程计算方法(利用稳态计算来近似过渡态计算)得到的结果进行分析比较,研究了过渡态过程对燃烧室温度场的影响,结果表明:①过渡态计算与对应工况点的单点稳态计算存在一定的差别,主要表现在稳态计算的出口温度比过渡态计算的整体偏高;②时间步长是影响过渡态计算的关键因素,较小的时间步长能够使不同时刻流场参数之间的相互联系更加紧密,计算结果也就更接近于过渡态的真实过程;③过渡态计算中出口平均温度相对于油气比的变化在时间上具有一定的滞后性.