粒子分离器结构优化对吞雨性能改进研究

本文采用欧拉-拉格朗日多相流粒子追踪模型对某型涡轴发动机粒子分离器进行了数值模拟,利用正交试验设计的原理进行试验并完成了对粒子分离器结构的优化,研究并揭示了粒子分离器结构参数对其分离效果和吞雨性能的影响规律。结果表明:在干工况条件下,与原型相比,优化后的模型扫气比降低4.3%,总压损失系数降低0.03%;在吞雨工况下,相比于原型,优化后的模型扫气比降低0.97%,总压损失系数降低0.039%,分离效率提高5.5%。本次结构优化基本达到了粒子分离器低总压损失高分离效率的优化要求,并且对粒子分离器吞雨性能有较大的提升。

多层套管式换热器的传热过程分析计算

在传统套管式换热器的基础上,为了增加换热面积、扩大流量和强化传热,提出一种新型结构的多层套管式换热器,且对其结构、原理和特点进行概述;其次对这种换热器的传热过程进行分析简化,建立物理模型,确定传热过程的关系式;结合工程实际应用,选择冷热流体、结构参数和运行工况进行液-液和气-液换热计算,确定换热器的基本结构和应用场合。最后通过正交试验的方法,对套管表面加装直肋和螺旋翅片进一步结构优化,得到最佳的翅片的厚度、高度和间距,同时比较了在最优结构参数下换热器与传统管壳式换热器的传热特性,可供工程应用提供参考。

地下储氢罐套管密封结构强度分析及优化设计

以某加氢站储氢罐套管端口的连接部分为研究对象,采用有限元分析方法,对该储氢罐在45 MPa气体压力下的密封面进行强度分析,从而得到储氢罐接箍在不同工况下密封面的应力分布规律。同时,通过对比分析不同工况下的密封面应力极值,确定套管预紧力的极限值。基于ANSYS软件中响应面优化模块,以密封面接触压力大于462.14 MPa,且应力值最小为优化目标,最后提出套管端口密封面尺寸优化方案。结果表明,套管预紧力极限值为2.8875×10^(6) N;优化后密封面接触压力基本保持不变,最大应力值减少了10%,既保证了密封效能,又减小了应力值;最佳台肩角度、密封弧面到锥螺纹距离、弧面半径分别为56.32°、13.037 mm和18.77 mm。本研究对储氢罐套管与接箍密封面的结构尺寸优化有借鉴意义。

双层组合套管优化设计的应用

我国各油田套管损坏日趋严重，江汉、中原及华北油田等套管损坏原因主要是盐、膏、泥、页岩等的塑性流动而挤坏套管。这些地层由于将产生较大的非均匀载荷，通过增加套管的强度来抵抗极限条件下的非均匀载荷是办不到的［１］，若采用增加套管壁厚，这使得套管尺寸非标准化，且其重量可能超过钻机负荷。文章对这些非均匀载荷作用的地层采用双层组合套管，根据油田具体情况、套管货源以及套管标准系列进行了优化设计，提供了按压力传递系数最小为目标函数的优化设计软件，并成功地应用于华北油田荆丘地区膏、泥、页、盐岩等塑性流动地层的井段。

双层组合套管内填充液体介质的力学分析

对双层组合套管内填充液体介质进行了力学分析，导出了该介质压力传递系数的具体表达式。分析了组合套管内壁等效应力随液体体积弹性模量K的变化规律，同时还分析了K＝1．7×103MPa时，组合套管内壁等效应力随外压Pw的变化规律，为研究组合套管环空介质及预防套管破坏提供了重要的理论依据。

控压钻井条件下井身结构优化设计

基于控制压力钻井技术进行了钻井液密度窗口分析,并且与常规方式下的钻井液密度窗口进行了对比。由对比分析结果可知,控制压力钻井能够扩宽钻井液密度窗口,且不同控压钻井方式对钻井液密度窗口的加宽方式和效果不同。这种扩宽方式能够使每开钻井深度增加,减少套管层次,进而优化井身结构设计。同时以自上而下的井身结构设计方法为基础,考虑了井口回压值和双密度梯度这两种方式对下部液柱压力的影响,建立了控压钻井井身结构优化设计模型。通过计算每层下深所用的钻井液密度窗口,在窗口内根据力平衡方程进行迭代判断,从而计算出最优下深。

顺北5号断裂带南部压力剖面建立及井身结构优化

顺北5号断裂带南部受断裂构造运动影响,钻井过程中普遍存在恶性漏失、钻井效率低等问题。为此,基于邻井成像测井资料和钻井资料,建立了漏失压力计算模型,得到了顺北5号断裂带南部地层的四压力(孔隙压力、破裂压力、坍塌压力和漏失压力)剖面;根据四压力剖面和钻井技术难点优化井身结构,将侵入体未发育区域原有的五开井身结构优化为四开井身结构,并减小井眼尺寸,缩短了钻井周期;针对侵入体发育区域,设计了地层承压能力强的非常规四开井身结构和缩小井眼尺寸的常规五开专封井身结构,提高了井壁稳定性。现场试验表明:所建漏失压力计算模型的预测准确性较高;应用常规五开专封井身结构后,复杂情况处理时效平均缩短27.8 d,钻井周期平均缩短14.6%。研究和现场试验表明,顺北5号断裂带南部采用优化后的井身结构能够解决钻井过程井漏和钻井效率低的问题,可为复杂地层超深井井身结构设计提供技术借鉴。

高压异常地层局部双层组合套管的设计与应用

中原油田的套管损坏问题，在全国各油田中是较为严重的，影响了中原油田稳定的战略目标。为此，中原石油勘探局与西南石油学院合作，开展了近1a多的联合攻关研究，在盐层高压的形成机理、超高压地层套管外挤力计算、局部双层组合套管的设计及套管寿命预测方法研究等方面，理论上获得重大突破。本文详细介绍了局部双层套管的强度理论、方案设计与优选、经济效益评估及施工工艺。结果表明，局部双层组合套管是解决中原油田盐层套管变形的最优方案。

内吹式襟翼几何参数影响研究与优化设计

采用数值模拟方法对内吹式襟翼进行了研究。首先,开发了一种针对内吹式襟翼的参数化方法,该方法可以根据襟翼弦长、偏角、吹气缝高度、位置这些几何参数很好地描述其外形。然后,通过与CC020-010EJ标模的试验压力分布进行对比,验证了所采用数值模拟方法的可信度。分别研究这些几何参数对内吹式襟翼气动性能的影响,研究结果表明:襟翼弦长越长、偏角越大、吹气缝越窄、位置越靠前,翼型的升力系数越大。最后,构建了一种针对内吹式襟翼几何参数的优化设计方法。在固定吹气动量系数的基础上,以襟翼弦长、偏角、吹气缝高度、位置这些几何参数为设计变量,以5°迎角升力系数最大为优化目标,以失速迎角不小于9°为设计约束,开展优化设计。优化结果表明,优化设计方法可以显著提高内吹式襟翼的升力系数,升力系数的提高量达到1.7左右。

州6水平井试验区整体压裂研究

州6低孔特低渗水平井试验区需压裂完井,因此必须进行整体压裂优化研究。在考虑储层渗透率的应力敏感性和启动压力梯度的情况下,建立了水平井井组的整体压裂优化模型,采用该模型首先对各水平井组进行了单因素优化,之后采用正交方案设计和模糊识别方法得到州6区块最优的水平井整体压裂方案。研究结果表明,水平井各段缝长不同,总体应按两端缝长较长、中间缝长较短设置。将整体压裂方案成果应用到了现场实践,水平井压裂后初期产量为直井的3.4倍,增产效果较好,同时也验证了该模型的合理性。

超重型底盘分动器齿轮优化方案设计和疲劳试验研究

某多轴超重型底盘由于高机动性和高越野性要求,对使用的大功率分动器提出了轻量化、大功率和高可靠性的设计要求,其中主传动斜齿圆柱齿轮作为重型车辆分动器的核心部件,其设计不但包括主传动方案、齿轮模数、齿数、齿宽等主传动参数,还包括变位系数和齿顶高系数等原件参数,以往经验式的设计方法不但周期长,而且不同参数变量之间关系复杂,很难全面反映组成结构的各细节要求。本文采取双级优化设计方法,对重型车辆分动器主齿轮进行了优化设计。由于多轴超重型底盘可靠性要求高,本文综合了汽车行业分动器试验规范和整车实际应用环境,提出了适用于多轴超重型底盘分动器的疲劳试验考核方法,并对原有分动器和新分动器的结构强度计算与疲劳试验结果进行了对比,证明优化方案能够满足多轴超重型底盘分动器设计要求。

静压管桩单桩承载力试验与桩基优化设计

目的通过单桩静载荷试验确定静压管桩的单桩极限承载力和单桩承载力特征值,进而对工程设计进行优化,促进辽沈地区静压管桩技术的推广应用.方法通过对静压管桩的载荷试验研究,依据Q^S曲线等试验成果给出单桩极限承载力和单桩承载力特征值,根据上部结构及地层情况结合终压力和单桩极限承载力的关系进行分析.结果依据试验结果,经分析确定了静压管桩的桩长,实现优化设计,既保证了工程安全又产生了明显的效益.结论为指导工程实践、优化静压管桩基础的设计,在施工前进行试桩具有重要意义.工程实践表明:试桩既可保证工程安全、又可优化静压管桩基础的设计,还可为施工中的双重控制提供依据.

纤维缠绕环形压力容器线型设计与仿真

纤维缠绕环形容器要求满足线型稳定和结构优化两个条件。基于微分几何理论,提出了用于复合材料环形压力容器成型的纤维缠绕线型,分析了芯模和吐丝嘴的缠绕速比,给出了缠绕参数优化设计方法。在对优化线型进行分析的基础上,模拟环形容器的纤维缠绕过程,实现了环形容器成型的计算机优化与图形仿真。通过应用缠绕仿真系统,可以检验线型模式的正确性和可行性。结果表明,优化设计的线型模式精确可靠,满足纤维缠绕的基本要求,为微机控制环形容器缠绕奠定了理论基础。

渤海渤中区域深井井身结构优化

深井钻井需要考虑对不同压力层系和复杂地层封隔,井身结构是确保钻井作业优快钻达目的层的重要影响因素。以渤中区块深井为例分析了井身结构优化设计过程,通过渤中区域深层地质分析和随钻测井实时数据,基于多源数据融合技术对钻前压力预测模型不断实时更新,得到较为精确的钻前孔隙压力,再根据地质特点、井控、三压力剖面等因素对井身结构进行优化设计,通过减少技术套管的层数、优化套管下深,将原六开井身结构优化为五开,形成一套适合该区域的井身结构。该技术可以在保证钻井安全的前提下,有效地规避作业中可能出现的复杂事故,以达到缩短钻井周期和提高机械钻速的目的,也可以为后续海上深层钻井作业井身结构设计提供参考。

元坝超深水平井井身结构优化设计

由于元坝区块地层压力系统复杂、储层高温高压、海相地层含H2S,元坝超深水平井井身结构设计时对必封点选择难度大,且钻头尺寸和套管尺寸选择范围窄。分析了四种常用井身结构设计方法及存在的主要问题,提出了优化设计方案,避免了因井身结构而导致的压差卡钻,为元坝地区实现优快钻井奠定了基础。

内平动齿轮传动几何参数的优化设计

为了解决内平动齿轮传动设计中几何参数,特别是变位系数确定困难、计算过程繁琐和计算结果精度不高等问题,探讨渐开线少齿差行星齿轮传动优化设计的方法,采用机械优化设计理论,运用CAD建立了内平动齿轮传动变位系数和啮合角的优化求解数学模型,在优化软件LINGO平台上编程实现了计算过程的自动化和几何参数的优化,得到了一齿差和二齿差内平动齿轮传动变位系数和啮合角的最优值,并结合工程实例,验证了该方法的优越性。计算结果表明:一齿差内齿轮副最小啮合角为53.2°,二齿差最小啮合角为39.3°;一齿差内齿轮副的外齿轮最好采用标准齿轮,内齿轮采用变位系数为0.577的正变位,二齿差内齿轮副的内、外齿轮均须采用正变位,有时变位系数大于1。

机床滑动导轨微织构多目标优化设计

为探索满足数控机床对其导轨高承载性、高精度、高精度保持性等方面要求的新途径,提出在滑动导轨表面制备椭圆开口偏置类抛物线微织构。选取矩形滑动滑块导轨副为研究原型,通过CFD方法对其在流体润滑状态下的承载压强、摩擦系数、温升及在乏油状态下的表面接触应力进行分析;基于响应面理论,通过CFD方法研究了微织构形状参数对导轨承载压强和摩擦系数的影响规律,并优化得到最优微织构形状参数;在此基础上,研究了微织构分布参数对导轨承载压强、摩擦系数、温升的影响规律,并优化得到最优微织构分布参数;最后,对最优特征参数微织构导轨的承载压强、摩擦系数、温升及乏油状态下的接触应力进行仿真分析,并将其结果与原型导轨相关性能进行对比。结果表明,该新型微织构可使导轨在润滑状态下的承压强提高15.15%,摩擦系数、温度及乏油状态下的接触应力分别降低26.43%、7.94%和8.09%。

某复杂超深井生产套管柱优化设计

某超深井生产套管柱设计过程中存在既要满足生产工艺要求又要同时满足抗拉和抗内压的要求。通过工况分析、套管钢级选择、螺纹接头选择、安全系数确定,设计了双规格复合套管柱。通过进一步的抗拉安全系数和抗内压安全系数计算和对比分析,优选出了用于复合管柱的两种生产套管规格。设计思路及方案对于深井和超深井管柱设计有重要指导意义。

舰船弹库喷淋系统压力损失分析及管路优化设计

通过研究喷淋系统的组成和布局,建立系统压力损失的计算模型,结合阀门、管件和管路型式对阻力系数进行对比分析,提出管路的优化设计原则及减少损耗措施,为水灭系统的阀件选型和管路设计提供参考。

基于Stochastic Kriging的柔性机翼稳健性优化设计

采用随机代理模型方法对柔性机翼气动外形进行稳健性优化设计。相比确定性优化设计,稳健性设计能够考虑设计变量和参数的扰动,保持设计结果在不确定性影响下的性能稳定。采用高精度的气动/结构耦合求解器(耦合Navier-Stokes方程和结构静力学方程)分析柔性机翼的变形情况和气动效率。为了提高优化效率,建立随机Kriging(Stochastic Kriging,SK)代理模型,将确定性的Kriging代理模型发展到随机空间,通过有限次输入得到数据的固有不确定性。对柔性M6机翼的气动外形进行稳健性优化设计,结果表明:相比确定性代理模型的稳健性优化结果,应用随机代理模型的优化结果的设计点阻力系数减小2.8 counts,在可变马赫数范围内阻力系数均值减小3.2 counts,优化结果具有较高的设计点气动效率和阻力发散特性,并且优化后构型的翼根弯矩有明显减小,体现随机代理模型在稳健性优化设计系统中的优势,同时也说明建立的SK代理模型具有较高的预测精度。