大规模加砂压裂完井工具冲蚀定量模拟计算及工具优化

须家河致密砂岩气藏120 MPa超高压、长时间大排量加砂压裂作业对管柱冲蚀影响,导致完井管柱出现变形、断裂、球座磨损、分段球不到位等问题。基于冲蚀磨损理论,选择出分段管柱中四处冲蚀严重部位,利用Ansys软件进行建模,采用动静态结合方法,计算得到了大规模加砂压裂施工管柱变径处的冲蚀程度定量值,明确了油管短节与滑套球座为冲蚀严重位置,有针对性地对冲蚀最严重位置进行了结构优化及材质优选。油管变扣短节优选Q125钢级管材可兼顾强度及经济性;改进滑套上接头变径处台阶倒角控制在30°以内,滑套球座顶部优化设计为弧形结构,球座采用硬质合金材质,优化改进后的滑套冲蚀程度比原结构降低66.5%,经川东北须家河组YL15、YL171、YL6等多口井成功应用,优化改进的压裂管柱满足了超高压加砂压裂长时间施工需求。

新型内外管差压流量计特性研究

针对现有各种流量计机械结构较复杂、节流方式对流体的扰动大、差压信号稳定性不足的缺点,设计了一种新型内外管差压流量计。运用三维CFD模拟仿真软件对其结构进行优化设计,通过实验验证了内外管差压流量计三维CFD仿真分析结果的可靠性。以内锥流量计作为参照对象,对内外管差压流量计的特性进行了对比分析,对比分析的结果表明,内外管差压流量计较内锥流量计压力损失小、压损比小、差压信号稳定性高。为了得到本装置的其他特性参数,又进行了大量的标定试验,实验结果表明测量精度、量程比等参数均满足技术标准的要求。

谐振管谐振频率计算方法的研究

为了准确地计算声谐振管的谐振频率,提出了基于对管内声压分布进行理论模拟的声压模拟法,以及基于驻波最小点位置与管两端声阻抗关系的驻波最小点法。结果表明这两种方法因为考虑了声谐振管两端的声阻对谐振频率的影响,所得谐振频率更加精确、严格,所以特别适用于要求谐振管的谐振频率严格控制的声学领域。同时表明:声压模拟法与驻波最小点法虽然出发点不同,但谐振频率的计算结果完全相同。驻波最小点法计算比较方便,而声压模拟法在计算出谐振频率的同时,还可以给出管中的声压随位置的分布情况。

涩北气田排水采气优选模式

针对柴达木盆地涩北气田所面临的气井井底积液、产水导致产量迅速递减的问题,从准确把握气井排水采气时机、优选经济有效的排水采气方式出发,结合涩北气田生产动态,综合考虑动能因子、积液高度、油压、日产水以及油压、套压压差等多种因素准确诊断了气井积液的状况;分析了涩北一号气田递减阶段气井日产气量和水气比等生产数据的变化规律,根据多项管流井底压力计算理论、临界流量计算模型及涩北气田实际的采气油管尺寸,研制出了排水采气方式选择控制图,并建立了涩北气田排水采气优选模式;回归出了相应的计算公式,预测了涩北一号气田大规模进入优选管柱排水及泡排排水采气时期的具体时机,由于涩北气田属于次活跃与不活跃水驱气藏,水气比上升缓慢,除少数离边水比较近的井外,在整个开发期内不会大规模进入气举排水开采期。

基于压差的真空管道交通系统运行能耗的分析

为解决不同参数下真空管道交通系统的运行能耗问题,建立数学模型,在超高速状态下对模型进行数值仿真模拟。计算结果得出:在一定的列车运行速度情况下,列车牵引力能耗随着系统压力增大逐渐增大,且急剧升高,即系统内列车牵引力能耗随着系统压力升高呈直线趋势增长;维持真空度能耗随着系统压力增大逐渐降低,但变化较小。列车运行总能耗随着系统压力增大呈直线增长趋势,且呈直线趋势增长。随着阻塞比的增大,当系统内压力低于25250 Pa时,系统总能耗曲线有交叉点,系统总能耗反而小;随着系统内压力进一步增加,牵引力能耗急剧增加,但维持真空度能耗变化缓慢,促使阻塞比越大,系统运行总能耗越多。但随着系统阻塞比的增长,管道内径就越小,会促使建设成本降低。因此,在研究真空管道交通系统建设成本和运行成本上要综合考虑其影响参数。

涡流管热冷出口压力比对其性能的影响研究

采用Fluent数值模拟的方法,以R41、R23、R32、R290、R1234yf、R134a为工质对涡流管进行三维数值模拟,得出不同工质涡流管制冷效应、制热效应以及分离效应随热冷出口压力比的变化规律,并以R41为工质分析不同流道数目涡流管性能随热冷出口压力比的变化规律。模拟结果表明:R41的制冷、制热以及分离效应最好,最大分离效应可达5 K左右;不同工质涡流管制热效应以及分离效应随热冷出口压力比的增大而增大,制冷效应随热冷出口压力比的增大而减小;不同热冷出口压力比条件下,随着喷嘴流道数的增加涡流管制冷效应逐渐降低而制热效应逐渐升高。

钛合金油套管抗挤毁性能计算与实验

钛合金材料由于具有高的比强度,低弹性模量,优异的韧性、疲劳性能和耐蚀性,已经成为严酷工况环境下油井管和海洋油气开发工具的热门候选材料,但采用API、ISO的标准体系中的油套管挤毁计算方法得出的钛合金油套管抗挤毁强度缺乏验证。为此,在考虑制造缺陷的条件下,通过比较ISO/TR 10400标准中计算方法、外压强度挤毁准则计算方法、有限元模拟等3种不同方法计算出的钛合金油套管的抗挤毁强度,并与同等条件下钢制油套管的抗挤毁强度进行对比,得出了钛合金油套管的抗挤毁强度变化规律,最后选取了4种规格的钛合金油套管进行了实物外挤毁试验验证。研究结果表明:①钛合金油套管抗挤毁强度均随着径厚比的升高而下降,在径厚比值较低时,钛合金油套管和钢制油套管的抗挤毁强度相差不大,而当径厚比值较高时,钛合金油套管抗挤毁强度则显著低于钢制油套管;②强度挤毁准则方法计算出来的钛合金油井管抗挤毁强度和实际试验值较为接近,同时在径厚比大于15时,计算结果乘以0.9的系数,具有较好的安全性。结论认为,该项研究成果可以为钛合金油套管的设计、使用和管理提供参考。

飞翼无人机保形非对称尾喷管设计与流场特性

基于飞翼布局无人机隐身与保形设计要求，设计了不同面积比的四边形和圆矩形2类非对称尾喷管，并利用数值模拟方法对无人机内外流耦合流动进行了计算分析，获得了无人机全机纵向气动性能与尾喷管三维流场特性。结果表明：保形非对称尾喷管可用于改善飞翼无人机的纵向力矩特性，且圆矩形喷管升阻特性和力矩特性比四边形喷管更优；收敛型喷管（面积比Ar≤1.0）无法在设计点（发动机喷口）而是在尾喷管出口处形成喉道，并在喉道处形成强激波阻滞喷流排出；随着面积比增大，轴向推力系数先增大后减小，存在最佳面积比，而且相同面积比下圆矩形喷管比四边形喷管推力性能更佳；扩张型喷管内激波的强度随着面积比增大变得更强，圆矩形喷管结尾处的激波角比四边形喷管小，喷流阻滞作用更小；对于此类飞翼布局无人机采用面积比为1？2～1？4的圆矩形喷管，将获得较理想的气动性能。

锥形管和指数形管内的声场研究

谐振管的形状会影响到驱动压比和谐振频率的变化。文中对变径管内的声场作了简单的理论分析,得出渐缩管具有增强压比的功能。分别对不同锥度的渐缩和渐扩锥形管、不同蜿蜒指数的渐缩和渐扩指数管内流场做了模拟,并与相同情况下的直管做了比较。可以看出,渐缩锥形管和指数管均能明显增强管内压比,同时降低谐振频率。

热声谐振管压比影响因素的数值模拟

通过比较等直径管,分析了锥度管对压比的影响.采用Fluent模拟计算了管型对压比的影响,结果表明渐缩型锥管能强化声振动,可提高谐振管的压比.并研究了工作压力对热声异型谐振管压比的影响,结果表明高的工作压力有利于提高热声谐振管的压比.

基于Fluent的热声异形谐振管压比研究

通过采用Fluent模拟计算的方法研究了在相同输入的情况下,不同谐振管形状对系统压比的影响。为了验证采用Fluent的可行性和作者编制程序的准确性,对刚性封闭直管,容性封闭直管进行了模拟,其结果与理论分析相吻合;对一实验系统进行模拟,模拟时以其中任意两个测点测量值为输入输出,将所得声场其它观察点的模拟结果与实验测量值相比较,二者符合也很好,证明了本研究方法是可行的,程序编制是正确的。在此基础之上,对不同管形结构的空谐振管进行了模拟计算,得到了不同情况下的最大输出压力,结果认为在提高压比方面渐变管优于突变管及锥形管优于直管。

液压胀管中胀接残余接触压力的理论计算方法及分析

重点对液压胀管中胀接残余接触压力的几种理论计算方法,进行了讨论分析。在此基础上,利用ANSYS软件对胀管的两种平面模型进行了数值模拟分析,并将数值分析的结果与理论模型计算的结果进行了分析比较,得出了一些可供实际生产或科研参考的结论。

双向内外管压差流量计仿真技术研究

针对传统的双向内外管压差流量计仿真软件FLUENT二次开发难度较大、仿真过程复杂等问题,选用COMSOL Multiphysics软件代替FLUENT,提高了仿真的效率,并方便后续利用MATLAB进行二次开发。以节流件异径比k、扩散角θ和节流件的大管半径R3个优化目标为例,设计二次回归正交试验,利用SolidWorks建立三维模型,分别使用COMSOL与FLUENT进行仿真,两种软件的仿真结果表明,在双向内外管压差流量计的仿真中COMSOL可以代替FLUENT。

抽水蓄能机组甩负荷试验时尾水锥管压力

抽水蓄能机组水力调节过渡过程计算控制核心要求之一是尾水锥管压力不超过设计值。设计值是根据水力过渡过程理论的一维数值模拟“计算值”加上一定“压力脉动修正”量和“计算误差”后计算获得。长期以来,尾水锥管压力计算值与尾水锥管压力测量值之间仍存在一定偏差,导致采用实测数据对计算结果进行评判时不能得到合理的解释与评价。为解决调节保证计算与试验验证之间的分歧,该研究对调节保证计算时尾水锥管压力最小值含义进行了阐释,梳理了调节保证计算与试验中涉及尾水锥管压力的相关国内标准。在此基础上,以洪屏抽水蓄能电站调试阶段四台机组甩额定负荷时的实测尾水锥管压力为研究对象,首先分析了压力测点的测量条件,采用短时傅里叶变换进行频率特性分析,验证了测试数据的有效性;其次采用Savitzky-Golay滤波器分离出了表征一维数值模拟断面平均压力计算值的压力趋势与表征流动复杂性的压力脉动,针对压力脉动项研究了峰峰值与时长的关系并获得了压力脉动项最大峰峰值,验证了趋势项与一维数值模拟之间的一致性;随后采用压力脉动项最大峰峰值对数值模拟和实测压力趋势项极值进行修正;最后总结形成了尾水锥管压力调节保证设计值的修正流程。案例研究表明:采用截止频率为0.1~0.2倍转频的低通滤波器可以有效分离出与一维数值模拟一致的尾水锥管压力趋势项;采用3~4个旋转周期数对应的压力脉动数据进行分析可以获得压力脉动项的最大峰峰值;利用压力脉动最大峰峰值对一维数值模拟极值进行修正能够实现调节保证的有效设计与验证。该研究为抽水蓄能机组调节保证设计与验证提供了有效支撑。

周期性矩形管浮筏结构的振动分析

为减小舰船动力设备机械振动的传播,提高舰船减振能力,本文设计了一种在压缩载荷下具备负泊松比特性的周期性矩形管浮筏结构。通过数值模拟分析了矩形管层数、梯度排列方式和矩形管单胞壁厚对结构振动传递特性的影响。结果表明:矩形管层数和矩形管单胞厚度对结构的固有频率影响较大。在相同面密度下,梯度排列的矩形管可改变结构的共振频率,同时对减振效果有一定程度的提升。此外随着矩形管壁厚的增加,结构的固有频率逐渐增高,同时结构整体的减振效果呈现先增强后减弱的趋势。

管式加热炉炉管压降的模拟优化设计

管式加热炉炉管压降的工艺计算是加热炉设计中的一个难题,如减压炉辐射段炉管排列一般均采用逐段扩径方法,有的加热炉辐射段需要注蒸汽而形成油、油气和水蒸汽三相流,用常规的计算方法,过程十分复杂。笔者以实例介绍了使用Aspen Plus软件计算加热炉炉管压降的方法,所编制的输入文件简单易懂,软件运行速度快、容易收敛,计算结果与现场数据接近。

声学共振型行波热声发动机的实验研究

传统的行波热声发动机具有可靠性好、工质环保、潜在效率高等优点,但系统中存在一根体积较大的谐振管,降低了其功率密度及应用价值。本文设计并搭建了一台新型的声学共振型行波热声发动机,将三个相同的热声发动机核心单元连成环路,中间采用细长谐振管连接。实验中,发动机在100℃以下起振,频率约63 Hz,各压力下得到的最高压比均接近1.3,达到了传统行波热声发动机的最高压比。实验表明,新型的声学共振型行波热声发动机不仅具有传统行波热声发动机的优点,而且结构更加紧凑,具有更好的应用价值。