双锥形油水分离旋流器分离效率正交数值的实验研究

以双锥形油水分离旋流器为研究对象,采用计算流体力学数值模拟方法和正交实验方法,针对旋流器的含油率、进口速度、分流比、大锥段角度和小锥段角度等因素对旋流器分离效率的影响,进行了正交数值实验。结果表明,各因素对分离效率影响的顺序为:分流比>含油率>进口速度>大锥段角度>小锥段角度。含油率10%、进口速度6m·s-1、分流比25%、大锥段角度15°、小锥段角度1°为最优的参数组合,其中旋流器的大锥段角度和小锥段角度的影响不显著,可以根据实际需要进行调整。通过回归分析推导出了含油率、进口速度和分流比对分离效率影响的经验公式,可供设计时使用。

超深碳酸盐岩储层岩石三轴压缩实验与数值模拟研究

为了研究超深碳酸盐岩储层的岩石力学特性,文中以取自埋深约8350 m的顺北油气田奥陶系储层碳酸盐岩真实岩样为研究对象,按热处理与无热处理,在110 MPa围压范围内进行三轴压缩实验,从而得到高围压下的岩石力学特性。实验结果表明:高围压下,岩石表现强烈的塑性流动,加热处理会使得岩石强度降低,但随着围压等级的升高,不同温度下的岩石峰值应力又趋于一致。基于Drucker-Prager屈服准则,发展了塑性硬化参数与等效塑性应变之间的关系,对2种温度下的岩石三轴压缩实验进行数值模拟,结果很好地再现了三轴压缩应力-应变曲线。作为拓展应用,采用所建立的弹塑性本构对单条裂缝压裂过程进行模拟,发现在本岩样所在的储层条件下,压裂过程中的裂缝扩展不受岩石塑性的影响,这一点与裂缝闭合过程完全不同,这为目标储层压裂改造提供了有意义的借鉴。

预充电阻高压短路散热特性数值模拟与实验研究

预充电阻工作时电阻丝常发生过热问题,这会导致设备的运行寿命减短,甚至出现电阻丝熔断及电阻器起火的问题。为了解决该问题,通过数值仿真及实验研究的方法对开发的铝壳预充电阻器进行了短路研究,结果表明:电压对电阻器的短路耐久能力影响远大于环境温度的影响,但是在最恶劣的环境(电压850 V,环境温度85℃)下,预充电阻器的最大短路耐久能力仍然超过5 s,陶瓷电阻芯的蓄热量超过14 000 J,这表明所开发的预充电阻器可靠性很高,可以满足正常的预充需求及短路过电压要求。本文研究结论可为科研人员电阻器的设计提供思路。

汽车在环境风洞内流场的数值模拟与实验研究

为研究汽车在环境风洞内的流场特性,建立了环境风洞和整车数值模型,考虑了风洞喷口和收缩段的阻塞效应、边界层抽吸以及实验设施等对汽车流场的干扰效应,对环境风洞内汽车前方、车身和车轮周围、冷却模块以及机舱内的流场进行了数值模拟。对车身表面的静压以及车身周围和车底部的风速等进行测试,通过数值模拟结果与实验结果的对比,表明数值风洞能准确预测汽车在环境风洞内的流场特性。研究结果显示:汽车前端气流的速度分布沿着气流方向发生显著变化,越接近前端冷却模块时风速的均匀性变得越差;汽车底部气流受地面、车底和轮胎旋转等的共同影响呈现规律性的变化,车底风速沿车身纵向先增大后减小。本方法对研究汽车在环境风洞内的热气动性能以及开发数值风洞提供了新的思路和参考。

海洋采油平台天然气泄漏扩散实验与数值模拟分析

基于中国石化胜利油田典型海洋平台,搭建缩比为1∶22的实验平台,选取储罐、天然气处理系统及三相分离器等设备作为气体泄漏源,开展基于Froude数相似理论的甲烷泄漏扩散规律测试实验,同时,采用泄漏及爆炸分析软件FLACS建模,进行典型泄漏工况的数值模拟。通过气体泄漏实验和数值模拟结果对比,两组数据的总平均误差为8.70%,验证数值模型具有较好的预测精度;结合数值模型和实验数据,进一步分析了海洋平台甲烷泄漏的扩散规律,为海洋平台油气泄漏安全风险防控提供了理论和数据支撑。

大管径Y型过滤器流动阻力特性数值模拟及实验研究

大管径Y型过滤器是区域供冷和供热领域常用的过滤装置,设计师在选型时往往仅关注滤网目数,而忽略对过滤器阻力损失的关注.为了探究大管径Y型过滤器阻力损失的影响因素,首先,采用数值仿真计算的方法,分别建立不同特征尺寸的三维Y型过滤器模型,并利用深圳市前海区域供冷系统中的过滤器实验平台验证模拟的准确性;其次,研究了不同特征尺寸对于改善大管径Y型过滤器阻力损失的影响情况,并针对特征尺寸进行灰关联度排序,结果表明,影响程度由大到小依次为:腔体出口尺寸>滤网透过率>腔体入口尺寸>腔体与管道轴线夹角>腔体中心筒径>腔体长度;最后,根据灰关联度排序,通过将过滤腔体筒径扩大至管道直径的1.25倍,将过滤腔体的长度延长至管道直径的1.20倍,将腔体出口尺寸扩大至管道直径的1.125倍,将腔体与管道轴线夹角扩大至55°,滤网透过率提高至43.83%,新设计了流动阻力特性更优的大管径Y型过滤器,CFD计算结果显示,新设计的过滤器与原过滤器相比,阻力损失下降了73.23%,可大幅降低流体输配能耗.针对CFD优化设计方法,利用尺寸相近的Y型过滤器开展了阻力特性对比实验验证.本研究为大管径Y型过滤器的优化设计及技术改造提供了理论依据.

某PCR实验室气流组织及压力梯度数值模拟研究

为了保证PCR实验室环境能达到相应的设计标准,需要PCR实验室各区域之间、各区域与外界之间保持一定的压力梯度分布。本文通过COMSOL软件建模,对某PCR实验室在夏季工况和冬季工况下的气流组织和压力梯度分布进行了数值模拟,得出了不同高度、不同切面处的速度场和温度场结果,并将压力梯度分布结果与设计压差对比进行了详细分析。PCR实验室各房间之间形成了较理想的压力梯度分布,并提出了一些改善措施。

自感“千人震”实验的理论分析与数值模拟

对中学物理“自感现象”教学中经常被教师引入课堂的“千人震”自感小实验进行理论分析和数值模拟。详细分析了实验中开关闭合和开关断开过程中的电流和电压变化,并且结合相关实验参数对闭合开关瞬间和断开开关瞬间电流和电流变化率随时间演化的数值模拟,深入解释实验产生“千人震”现象的原因。

填料水泥导热性能实验及对U型地热井取热影响的数值模拟研究

地层与井筒之间的导热性能是以热传导为主的U型地热井技术取得成功应用的关键因素之一。针对U型地热井如何提升固井水泥的导热性能问题,采用室内实验和数值模拟方法研究了导热填料对固井水泥导热性能和取热效果的影响。研究结果表明,石墨相比于实验所用其他填料而言具有更好的提升固井水泥导热性能的潜力;随着石墨掺入比例的增加,固井水泥的导热系数近似线性增加,而抗压强度近似线性下降;高掺入比例的石墨固井水泥能显著提高工作介质在U型井水平段入口处的温度,但由于U型井换热主要发生在较长的水平段上,从长期运行来看过高的掺入比例并不能显著提高取热效果,建议固井材料中石墨掺入比例控制在10%左右。研究结果对U型地热井固井水泥导热填料类型筛选和掺入参数确定具有重要意义。

基于科教融合的地震波数值模拟综合实验设计

将地震数值模拟科学研究转化为地球物理学综合实验,对比研究低速层和水层地质模型情况下地震响应特征的差异。通过“引导—启发—设计—指导”逐层递进式实验教学方法,引导学生大胆提出科学问题,鼓励学生自主设计模型加以对比,并得出结论。教学实践表明,在验证性实验的基础上,开设“科教融合”综合实验,有助于培养学生的科学创新思维,有利于提高学生的自主学习能力和分析解决问题能力,为后续开展毕业设计和科研工作奠定良好基础。

UDEC数值仿真在岩石力学实验教学中的应用

岩石力学作为水利工程、土木工程、地质工程等多个领域的核心学科,一直备受关注。然而,传统岩石力学实验仅能够提供有限的宏观力学参数和破坏特征,无法深入揭示岩石内部微观结构的演化过程,从而限制了学生对岩石破坏机理的全面理解。因此,引入UDEC数值仿真技术来弥补传统岩石力学实验的不足。通过模拟岩石单轴压缩实验并研究内部裂纹的扩展情况,明确UDEC数值模拟在观察岩石破坏演化过程中的优势。这不仅提高了学生对岩石变形和破坏的理解,还加深了他们对岩石破裂机理的认识。学生通过室内实验和数值仿真的双重培训,能够从微观角度更好地理解岩石力学特性的差异,拓展思维,开阔眼界,激发科研兴趣。

固体物理中能带结构的可视化数值实验设计

考虑到常用的固体物理教材中缺乏对晶体能带结构在实空间的讨论,本文以一维周期性势为例,介绍在研讨课教学中针对任意周期性晶格结构的能带求解问题设计数值实验,以帮助学生建立固体能带形成的物理图像,对相关凝聚态理论课程很有参考价值.

岩石力学数值实验教学模式的改革与探索

正确处理科研与教学关系是高校教师的重要工作。对于工科专业,利用工程现场形成经典教学案例,可提高学生能动性和创造性,培养其解决现场问题的能力,加深其对工程问题和科学问题的思考。该文基于高校教学、科研一体化的模式,提出针对矿业类专业学生岩石力学数值实验课程的案例教学改革对策,指出经典工程现场案例教学和探讨式教学是岩石力学数值实验课程教学改革需要重点关注的。煤层水力压裂、开采扰动下工作面覆岩结构及矿压显现规律、露天矿高陡边坡稳定性等复杂工程问题可作为经典案例选取的对象。

甲烷爆炸实验教学的数值模拟设计与实践

该文基于CFD代码GASFLOW-MPI建立了20 L球型爆炸罐的数值模型,以一步甲烷燃烧反应化学模型为基础,考虑换热对爆炸的影响,研究了6%~15%不同浓度下甲烷爆炸的压力特性曲线及温度场变化,定量分析了热损失对甲烷爆炸特征参数的影响。将数值模拟结果与实验结果进行的对比验证表明,基于CFD代码GASFLOW-MPI的数值模拟结果能够准确复现甲烷爆炸实验过程,证明了甲烷爆炸过程中热量传递对爆炸过程产生的重要影响。

回流罩结构Z-箍缩实验的数值模拟

采用二维磁驱动数值模拟程序(MDSC2)对大电流脉冲功率装置FP-2上的回流罩结构Z-箍缩实验exp90和exp60进行了数值模拟。数值模拟表明,回流罩结构Z-箍缩实验测量电流/回路电流不是负载套筒电流,回流罩结构Z-箍缩实验中回路电流不完全从负载套筒通过,回路电流和负载套筒电流之间存在一个结构系数,提出了边界磁场强度与回路电流关系的新公式。采用具有结构系数的边界磁场强度公式和磁流体力学程序能正确模拟exp90和exp60两个回流罩结构Z-箍缩实验,模拟的套筒内径运动速度和实验测量速度相一致。回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数为一常数,仅由回流罩的初始结构确定。90 mm和60 mm内直径套筒的结构系数分别为0.87和0.90。在套筒初始厚度、绝缘材料等其它条件相同的情况下,套筒内径越大,回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数越小。

磁驱动样品实验数值模拟研究

采用二维磁驱动数值模拟程序对磁驱动样品实验进行了模拟研究。数值模拟结果表明,二维磁驱动数值模拟程序模拟的样品/窗口界面速度(或飞片/窗口界面速度)与实验测量速度基本一致。磁驱动样品实验的结构系数与样品材料、阴阳极之间的初始间隙、电极板宽度等负载初始结构相关,不随磁驱动样品实验的演化过程而改变。样品材料不同,结构系数不同。对于同一样品材料,在其他初始条件相同的情况下,电极板越宽,结构系数越大。二维磁驱动数值模拟程序能够正确模拟磁驱动样品实验,是磁驱动样品物性研究的重要工具。

孔板空化器参数数值模拟与实验

为了研究孔板空化器的孔数和孔板厚度对水力空化效果的影响,采用数值模拟的方法,通过压力、速度、气含率云图确定了径向监测面;借助云图观察流场内气核的析出位置及压力与气含率的分布情况,并以气相质量流率作为评判空化强度的标准定量分析孔板厚度、孔数在不同压差下对孔板空化特性的影响。实验以纯水作为介质,从水的电导率和温升的角度研究孔板空化特性,验证数值模拟的规律,在0.2~1 MPa压差下的空化效果与数值模拟相吻合,为同类空化器的设计及应用提供依据。

预置管酸液射流钻进数值模拟与实验

为了解决深层缝洞型碳酸盐岩储层精确改造的难题,开展了预置管酸液射流钻进技术研究。建立了预置管酸液射流钻进碳酸盐岩数值模型,分析了酸液喷射钻进的流场结构,开展了酸液射流钻进物理模拟实验。研究结果表明:预置管酸液射流能在碳酸盐岩露头中实现稳定钻进,钻进中钻遇50~150 mm间隙时,管体满足稳定钻进强度条件,造孔孔径18~26 mm。结合模型介质流线分析,酸液溶蚀扩孔效果明显,排量及酸浓度在局部范围内与钻速成正比,酸盐反应速率是影响孔径主要因素,岩石力学性能与钻速及孔径相关性高,钻进轨迹沿喷射方向整体成直线。研究结果可为碳酸盐岩预置管酸液钻进径向水平井技术应用提供理论指导和技术支撑。

科考设备斜滑道入水流致噪声的数值模拟与实验测试研究

为了研究科考设备斜滑道入水的噪声预报问题,本文设计了一种斜滑道装置,利用CFD软件对不同入水速度与投放角度进行投放噪声的数值模拟,选用分离涡模型(detached-eddy simulation,DES)和FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings,FW-H)声类比模型开展入水物体噪声计算。在计算得到水动力噪声的时域脉动压力结果后,通过傅里叶变换得到频域的噪声分布。本文设计了相关实验对数值结果进行验证,并通过分析典型工况下的流场域以及噪声的时域及频域特性,进一步分析实验与数值系统误差的来源。结果表明,流致噪声占总噪声的主要部分,斜滑道与科考设备之间的相互耦合作用、滑道壁的流固耦合现象、传送过程中不可避免的机械噪声以及声辐射特性数值模拟模型的不完备性是系统性误差的来源。

电磁无损检测实验设计与教学方法

电磁感应法是一种重要的无损检测方法,尤其在对混凝土钢筋的定量检测和评估时,该方法发挥了重要的作用。为了进一步提高无损检测相关课程的教学质量、优化教学体系,提出了一种基于物理实验和数值模拟的教学实验模式。通过设计的一款用于室内测量和标定实验的钢筋无损检测实验箱开展对混凝土钢筋无损检测的定量实验;采用COMSOL有限元仿真软件进行基于电磁感应原理和检测新方法的数值模拟研究。这种物理实验与数值模拟相结合的教学实验和检测方法,可以将抽象的电磁理论和探测机理转化为直观的数据图像,并将难以开展的现场测试引入教学过程中。