环形异向流浅层流场油滴流动及分离特性研究

目前关于环形多层异向流浅层流道内液滴流动和油水分离特性的研究尚不够深入。为此,借助流体动力学方法,对环形异向流浅层流道内分散油滴运移分离特性和多层浅层流道速度分布特性进行分析。研究结果表明:环形异向流浅层流道内油滴浮升至斜板表面所需板长为96 mm,小于理论计算所需板长122 mm;浅层通道内层间速度分布对分离效率影响较大,下层流道入口速度峰值为0.00805 m/s,环形多层浅层通道内油相浮升过程中会遇到交叉流,显著影响浅层通道分离效率;滑移距离是影响浅层通道间分离效率的重要因素,当板长为350 mm、油滴粒径为50μm时,滑移距离占板长38.35%。所得结论可为基于浅层沉降强化分离理论的紧凑型采出水处理设备结构创新优化设计提供理论支撑。

高速水下航行器低比转速轴流推进泵设计方法

对于水下航行器轴流泵喷水推进系统,现有升力法设计的高比转速轴流泵无法满足在浅水高速工况下正常工作的需求,为解决这一问题,提出一种针对低比转速轴流泵的设计方法。考虑所选NACA66_(a=0.8)翼型的叶栅特性,通过改变攻角和升力系数等参数的设计关系,建立适用于高航速工况的轴流泵模型,并运用SST k-ω湍流模型和多重参考系模型对设计泵的流场运动情况进行仿真。结果表明:设计工况下,设计泵的扬程和水力效率与设计值误差均控制在8%以内,同时测试了设计泵在不同水深下的抗空化性能,进一步探索设计泵工作的最小航深。

裂隙优势流入渗诱发堆积层滑坡浅层破坏机理研究

土体裂隙为雨水提供了入渗通道,沿此通道形成的优势流主导着降雨入渗过程,导致滑坡稳定性逐步恶化,促使变形持续发展。以徐洼滑坡为例,结合地质勘察、现场宏观巡查以及监测数据等,在分析徐洼滑坡变形特征的基础上,阐明裂隙对滑坡浅层破坏的影响,利用数值模拟,分析不同深度裂隙引起的优势流入渗过程,在此基础上,通过无限边坡模型,计算优势流作用下浅层滑坡的稳定性演化特征,最终厘清优势流入渗诱发浅层破坏机理。研究表明:(1)裂隙提高了坡体的透水性,坡体变形与裂隙发育相互促进,而引起浅层破坏的往往是滑坡变形产生地表拉张裂隙的持续演化;(2)裂隙改变了雨水的入渗过程,一部分沿坡体表面向下垂直入渗,一部分沿裂隙入渗至裂隙末端向四周扩散,随着裂隙发育,降雨入渗由优势流主导;(3)滑坡变形与裂隙发育的关系密切,无裂隙时,坡体仅表层处于不稳定状态,表现为表层侵蚀破坏,随着裂隙演化,裂隙影响深度内坡体处于不稳定状态,表现为滑动破坏,裂隙末端的暂饱和区为最危险滑面。

定常风场下的太湖风生流水动力特征研究

太湖的主要流动类型为风生流,本文采用数学模型模拟了四种定常风场作用下的太湖风生流水动力特征,总结了风向对太湖风生流分布的影响。研究结果指出:东南风与西北风作用下太湖主湖区存在西部环流、中部环流和北部环流三个大尺度环流,北风与南风作用下太湖主湖区仅存在西部环流和中部环流两个大尺度环流。东南风和西北风作用下,太湖北部竺山湾东北部、梅梁湾东南部和西北部及贡湖湾东北部存在大尺度环流。东风与南风作用下,竺山湾西部、梅梁湾东南部和中部南北两岸及贡湖湾东部存在大尺度环流。定常东南风作用下,太湖表面流向与风向相同,底层流向与风向相反,流向拐点一般出现在相对水深hc=0.8处。

藏东高原浅丘红层区泥石流发育特征及活动性研究

藏东贡觉县高原浅丘红层区降雨条件有限,泥石流发生、发展主要受控于物源条件及沟道条件,属“物源控制型”泥石流。通过地质调查及统计分析的方法,详细分析了泥石流形成条件、形成机制及活动特征,得出了以下结论:流域面积<1.0 km2、沟道纵比降100‰~300‰的沟道容易发生泥石流;受构造、冻融风化及含石膏岩的影响,泥石流物源相对丰富,物源类型以坡面侵蚀为主,具有“点多面广”的分布特征,补给形式表现为“零存整取”的特征;受控于物源补给形式,泥石流形成主要包括:坡面冲刷起动→沟床汇聚堆积→揭底侵蚀3个阶段;受物质来源的影响,区内泥石流流体性质以粘性-过渡型为主,泥石流具有多期次、中低频率、单次泥石流规模较小的活动特征。

深水钻井浅水流声学特征模拟实验及模型应用

深水钻井一旦钻遇浅水流极易出现井漏甚至井喷等重大事故。常规地震剖面进行定性预测浅水流的准确性较低,为此提出了一种基于模拟实验的定量预测浅水流压力并对风险等级进行评价的方法。根据声波在水中及饱和岩石介质中的传播速度特征,进行了浅水流声学模拟实验。研究表明:纵波在深水浅水流地层中的传播速度随着地层压力的增大而增大,地层孔隙度越大,声波传播速度越小;通过数据拟合得到纵波速度与浅水流地层压力、孔隙度之间呈幂指数函数关系,根据实验结果建立了声速与浅水流地层压力、孔隙度的双参数模型,用于根据声速预测浅水流地层压力;利用有限元软件进行了浅水流地层的地质建模及放喷模拟,定义浅水流对钻井造成不同风险等级的压力系数范围。在中国南海深水区进行了浅水流声学预测及风险评价方法现场应用,验证了深水浅水流声波识别预测技术的可行性。

涡河流域河南段浅层高碘地下水分布及成因

通过分析涡河流域河南段249组浅层地下水样,发现浅层高碘地下水分布面积为5818.9 km^(2),占总面积的51.97%,主要分布于研究区北部、东北部,其次分布于太康县的东部地区。第四纪松散沉积物中的碘是浅层地下水中碘的主要来源。气候条件使得浅层地下水中的碘倾向于聚集,地形地貌控制下的地下水流场以及抽取地下水灌溉庄稼的过程,均使浅层地下水中的碘逐渐浓缩而形成浅层高碘地下水。

宽浅式梯形渠道流速分布规律及流量计算方法研究

为研究宽浅式梯形明渠流速分布规律,简化渠道流量测量过程、提高测流精度、促进灌区工作效率提升,利用声学多普勒剖面流速仪进行流速、流量、断面面积的测定;通过正交距离回归算法对相对流速和相对水深与二次抛物线函数拟合,得到垂向流速分布规律,根据横向流速分布规律结合测量数据,利用线性拟合分析得到横向流速分布影响系数,最终通过待定系数法得到断面平均流速与中垂线表面流速的系数值。结果表明:测点实际流速与平均流速之比作为相对流速,拟合得到的宽浅式梯形渠道断面流速分布规律R2均在0.937以上,拥有较好的相关性;宽浅式梯形渠道测线平均流速横向流速分布符合乘幂函数分布形式,并对横向流速流速分布公式进行流速验证,在横向相对位置0.2<(B-2 d)/B<1区间内误差均小于5%;推导出了宽浅式梯形渠道中垂线表面流速与断面平均流速关系,对AB两地宽浅式梯形渠道干渠进行断面流量验证,实测流量与计算流量的误差小于5%,符合量水规范的要求,可实际用于灌区量水。

浅层滑坡诱发沟谷型泥石流快速识别方法研究

浅层滑坡汇集形成的沟谷型泥石流具有突发性和破坏力强等特点,往往会造成巨大的人员伤亡和经济损失。减少泥石流造成损失的最有效途径是尽早发现、快速识别地质灾害潜在点。以福建省浅层滑坡诱发的沟谷泥石流为研究对象,选取沟床纵比降(J)、流域面积(A)和地形综合值(T)作为沟谷泥石流的识别因子,在已有的预警方法基础上,通过分析沟谷型泥石流的地形特征,提出了快速识别浅层滑坡诱发沟谷型泥石流的指标参数模型,并采用多个地区的易发性沟谷进行了精度评估。结果表明:该模型识别的结果和实际情况吻合度高,覆盖率达89%以上;当流域满足A≥0.03 km^(2),J≤0.42,且T≥0.28的条件时,滑坡物质易导致沟谷泥石流的发生。所提出经验模型所需的数据是易于测量的地形参数,可简单快速地识别潜在浅层滑坡诱发的沟谷型泥石流,为泥石流预警和防灾减灾工作提供参考。

深水浅层钻井地质灾害调查与识别技术

系统地阐述了深水浅层地质灾害的成因机理,并讨论其预测及识别问题。根据现有的海洋地质调查成果和测井作业水平,以及各种调查工具的响应特征,提出针对深水浅层地质灾害的定性识别方法。将声波速度这一参数用于其定量分析中,并通过模拟实验获得深水浅层地质灾害的声波特征响应。

豫东农田生态系统不同水体水质长期变化规律及影响因素分析

为探究农田生态系统不同水体间水质状况差异特征及其与降雨量、地下水水位等因素的关系,本研究于2010—2020年对河南商丘农田生态系统国家野外科学观测研究站周边4处流动地表水及5处浅层地下水进行监测,采用描述性统计及时间序列分析方法,分析该区域两种水体水质状况长期变化规律及其影响因素。结果表明:更新能力较差的浅层地下水中Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)、HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)含量及电导率通常高于流动地表水,降雨量增加时伴随的地下水位升高使表层土壤中的盐分离子更容易向地下水中迁移,进而导致两种水体水质的差异增大。在为期10年的监测中,所有离子均出现了明显的峰值,其中Na^(+)、Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)于2012年3月在流动地表水中率先达到最大值,K^(+)于2011年9月在浅层地下水中率先达到最大值。不同时期两种水体的水化学类型相似程度较高,季节因素对水体中不同离子含量的周期性变化影响较小,而降雨及地下水位长期变化趋势是影响水化学类型和离子变化趋势的主要因素。当降雨量增加和地下水位上升时,浅层地下水中SO_(4)^(2-)和Cl^(-)含量易超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)Ⅳ类临界值,此时不宜选择浅层地下水作为灌溉水源。本研究证实了豫东地区典型农田生态系统水质变化与降雨和地下水位的长期变化规律紧密相关,可为该地区农田环境水质风险管理及农业生产用水选择提供理论支撑。

潘三选煤厂降低重介浅槽分选下限的研究

分析了潘三选煤厂的生产现状,提出降低重介浅槽分选下限的必要性,并针对潘三矿井当前升井原煤煤质对重介浅槽进行6 mm洗选的生产方式进行研究。结果表明:原煤筛分效率可达80%以上,浅槽E_(p)值稳定在0.04~0.06 kg/L水平,原煤入洗率提高19.10个百分点,商品煤发热量达到20.92 MJ/kg以上,经济效益显著。

“斜台阶切落体”结构特性及对覆岩采动裂缝的影响研究

针对我国西部矿区浅埋厚煤层下采煤易出现矿压剧烈、地表沉陷破坏严重等现象,以西部某矿22021工作面为研究背景,提出了浅埋厚煤层下的“斜台阶切落体”结构力学模型,得到了结构失稳的条件方程和求解支护力大小的公式,通过PFC数值模拟和工程应用进行了验证,并分析了该结构对覆岩采动裂缝发育规律的影响。结果表明:影响“斜台阶切落体”结构稳定性的主要因素为岩块块度和回转角,该结构的稳定性会直接影响覆岩采动裂缝的发育情况。煤层开采过程中,覆岩采动裂缝发育表现为斜角度延伸及周期性横向扩展特征,“斜台阶切落体”结构失稳前,裂缝发育阶段处于缓慢增长期,结构失稳后会导致覆岩采动裂缝数量出现断崖式增长,发育阶段进入急剧增长期,结构稳定性直接影响了覆岩采动裂缝的发育情况,从而影响地表沉陷的破坏情况。覆岩采动裂缝数量先后经历了1个缓慢增长期和4个急剧增长期的动态发育过程。在缓慢增长期,裂缝数量表现为随工作面推进距离增长的指数变化关系;在急剧增长期,裂缝数量表现为随工作面推进距离增长的线性变化关系。研究结果可为采动损害防护及地表生态修复提供依据。

浅水三角洲储层流动单元划分

为准确反映储层内部非均质性,以指导油田后期开发调整,有必要对砂体开展流动单元研究。综合应用测井、地震、分析化验和动态资料,采用熵权Topsis法对渤海B油田开展浅水三角洲储层流动单元划分。研究表明,研究区浅水三角洲储层非均质性较强,孔隙度、渗透率、泥质含量和饱和度中值压力是影响储层储集渗流能力的主要因素,根据以上4类参数可将储层划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类流动单元。流动单元的分布受到沉积相的控制,Ⅰ、Ⅱ类流动单元主要分布在分流河道和分流砂坝中,连通性较好;Ⅲ、Ⅳ类流动单元主要分布在分流河道边部和溢岸砂中,连通性较差。流动单元的组合样式对连通性具有明显控制作用,不同流动单元间形成渗流差异界面,使得砂体内部弱连通或不连通,导致剩余油大量富集。

浅槽分选机工艺改造

为解决浅槽分选机分选精度低和矸石产品带中煤的问题,通过将原有上升流布料漏斗改为整体布料箱和全开孔式底板,解决了浅槽分选机箱体内上升流紊乱、影响分选精度的问题;将上升流布流箱分为几个腔室,避免了浅槽分选机机头到机尾方向出现上升流不均匀的问题;将水平流与上升流串联,有效解决了进入合介系统的细颗粒物料堵塞原上升流漏斗和底板的问题;通过在浅槽分选机弧形段增加上升流和布流板,解决了现有浅槽分选机矸石产品带中煤的问题。改造后,新浅槽分选机的分选精度有效提升,旧浅槽分选机矸石产品带中煤的问题得到解决。

浅滩湿地在河道凹岸冲刷防护中的应用研究

天然河道在形成过程中,受周边地貌及水沙作用的影响易形成急弯段。水流结构在急弯段发生调整,形成横向环流,造成河道凹岸进一步冲刷,需对其进行防护。以白屈港综合整治工程为例,采用数值模拟的方式对生态浅滩湿地在河道凹岸防护中的应用进行初步探索,为后续河道治理提供相关经验参考。

东非大陆边缘穆伦达瓦盆地成藏模式及在油气勘探中的应用

穆伦达瓦盆地历经一个世纪的油气勘探,除发现两个非常规油田外,还获得了6个常规油气田发现,但都不具有商业开采价值。盆地是否具备形成大中型油气田的条件,是投资者亟待解决的关键问题。在盆地演化、油气成藏条件分析的基础上,借鉴海域油气勘探的经验,建立穆伦达瓦盆地油气成藏模式。认识到穆伦达瓦盆地东部Sakamena次盆Karoo裂谷期烃源岩较为证实,且发育优质砂岩储层,已经发现的断裂背斜、断裂鼻状构造、断块等构造圈闭是盆地以往油气勘探的主要层系,以Bemolanga油砂、Tsimiroro重油为代表。其次盆地中部浅海陆架区上白垩统砂岩也发现两个常规油气田,但是产量低,不具有商业开发价值。而海域除了发育构造圈闭外,最重要的圈闭类型就是重力流相关的深切谷复合体、深水扇叶状复合体岩性圈闭,这将是今后盆地商业性油气勘探的主要方向。

重介浅槽分选机水平流参数及分选下限的研究

采用数值模拟技术对重介质浅槽分选机的内部流场进行模拟,研究浅槽水平流不同角度对流场内部环境的影响,通过探究水平介质流进入槽体的最佳角度以及改变水平速度,找出重介浅槽适合较低分选下限。结果表明,水平介质流以40°角给入时,槽体内部的流场较为稳定,更加适合煤炭分选;颗粒粒度下限在8 mm,其他条件保持稳定时,水平流速度为0.22 m/s,竖直流速-0.185 m/s,分离效果较好。

浅海风-浪-流-海床耦合场非定常时空演化规律及评价指标

浅海地区海床地貌与波浪场、海流场和风场之间存在很强的实时耦合作用,现有分析模型无法直接考虑海床的影响因素,更难以解释典型海床地貌与海浪、剪切流和梯度风耦合场的非定常演化机理.基于STAR-CCM+平台二次开发,构建了海底平原、海底斜坡、海槽和平坦地貌4种典型海床地貌条件下的浅海风-浪-流数值水池;提出多层质点速度耦合方法并建立了多层风-浪-流耦合模型,在初始时刻即实现了风-浪-流场解耦,对比分析了各海床地貌下波浪场、海流场和风场的时空演化规律;引入主成分分析法对各典型海床地貌下风-浪-流非定常效应进行评价,建立风-浪-流-海床耦合场全生命周期非定常评价指标.结果表明:多层风-浪-流耦合模型能更真实反映垂向风速和流速分布不均匀对波浪场的影响;海床地貌会导致波浪场在演变过程呈多阶段时程分布,其中平坦地貌、海底斜坡和海槽工况共分为波面激增、衰减和稳定阶段,海底平原工况分为外破波、内破波和爬坡阶段;海流场在演变过程呈多段式空间分布,海床导致海流场形成多涡积聚或多涡共存的现象;风-浪-流-海床耦合演化对风剖面指数产生放大作用,海床床面高度与风剖面系数成正比关系;平坦地貌、海底平原、海底斜坡和海槽的演化终期非定常评价指标分别为0.268、4.612、0.672和0.926.

模拟降雨条件下坡面流水动力学特性研究

为探明降雨条件下沙黄土坡面水流水动力学特性,以流体力学和泥沙运动力学理论为依据,通过5个坡度和5个雨强组合条件下室内模拟降雨试验,系统研究了坡面水流水力参数的变化规律。结果表明,降雨条件下坡面薄层水流雷诺数均小于580,处于层流失稳区;水流流型随雨强和坡度的变化而发生转捩,当坡度较缓、雨强较小时,床面形态处于低能态区和过渡区,床面出现沙纹现象,水流宏观上呈缓流,反之,坡度较陡、雨强较大时,床面由沙纹和沙垄向动平床过渡,宏观上多呈急流;并根据薄层水流阻力组成特点,推导出沙黄土坡面薄层水流阻力计算公式。验证结果表明,该式误差较小,可为坡面侵蚀预报模型的构建提供参考。