煤层气水平井筒倾斜-水平耦合流动规律影响分析

精确掌握煤层气水平井井筒内气液流动规律,对煤层气水平井的合理开发工艺和设备的选择具有重要意义。基于气液两相流理论采用Fluent软件模拟分析的方法,研究了煤层气水平井段倾斜-水平耦合条件下变状态流动规律。分析结果表明:水平段井筒中,上倾斜段井筒内的流动会加剧井筒内气液两相界面的波动。高气、液量下水平段井筒内持液率在流体流动方向上不断增大,低气、液量下水平段井筒内持液率在流体流动方向上不断减小。上倾段倾斜角小于20°时,倾斜角对水平段平均持液率影响较大;下水平段井筒中,倾斜段井筒的长度和倾斜角会影响水平井筒中假想断面的位置,同一流动条件下,出口上倾井筒的倾斜角越大、长度越大,假想断面位置越远离出口端上倾井筒。研究结果可为煤层气水平井下泵深度等排采工艺设计和优选提供理论依据。

泵站进水系统三维水动力特性数值模拟研究

【目的】研究泵站进水系统结构对水泵进水流场的影响。【方法】基于Fluent平台,假定水流为不可压缩湍流流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入RNGk-ε紊流模型,对改造前后泵站进水系统进行了数值模拟,采用适于稳态流场的收敛速度更快的SIMPLEC算法,利用有限体积法进行空间离散求解,分析了不同断面的流场流速、流速旋角及流线分布,对比分析了改造前后泵站进水系统的水动力指标。【结果】改造方案各水动力指标均小于改造前方案,进水池流速标准差减小了6%~64%,进水管进口流速标准差降低了41%~96%,平均流速旋角减小了60%~73%,流速旋角标准差降低了59%~72%,水流流态分布趋向均匀,水泵进水条件明显改善。【结论】改造后泵站进水系统流速分布较均匀,流态趋于平稳,对减轻泵站机组汽蚀破坏有重要意义。

高海况下客滚船风浪阻力和功率航速预报

高海况下风浪阻力对客滚船航速预报的准确性有很大影响。对此,以某型客滚船为例,分别采用二维方法和三维方法预报船舶升沉和纵摇运动,采用全浪向波浪增阻预报方法SNNM计算波浪增阻,在此基础上开展高海况下的功率航速预报,并与模型试验结果进行对比分析。研究表明:当航速较低时,采用二维方法与三维方法预报的升沉运动结果的精度接近,随着速度的增加,二者的差异变大;当航速较高时,采用三维方法预报的纵摇结果比试验结果大,采用二维方法预报的纵摇结果比试验结果小;长波范围内采用SNNM方法预报的波浪增阻偏小,当谱峰周期为7 s和9 s时,采用SNNM方法近似预报的功率与试验值较为接近,但当谱峰周期变大时,近似预报结果偏小;整体来看,采用SNNM方法得到的航速预报值比试验值大。

穿越层状多孔介质的非达西渗流特征研究

穿越层状多孔介质的非达西渗流多见于人类活动影响下的土壤-地下水系统中。采用自行开发设计的室内渗流实验装置,设置不同粒径的单层多孔介质和相应粒径组合的双层多孔介质,从水力坡降与渗流流速关系、非达西渗流参数和临界雷诺数等方面,探讨了平均粒径、粗细颗粒界面对穿越层状多孔介质非达西渗流特征的影响规律。结果表明:当水流穿越层状多孔介质时,粗细颗粒界面对非达西流渗流特征具有重要影响;作为判断达西流态到非达西流态转换的临界雷诺数,其在单层多孔介质中随多孔介质平均粒径的增大而减小,而当水流穿越层状多孔介质时,临界雷诺数不仅随平均粒径的增大而增大,而且随粗/细颗粒粒径差的减小而增大;受粗细颗粒界面的影响,单层多孔介质中临界雷诺数均低于粗颗粒层与单层多孔介质相同相应粒径组合的双层多孔介质;通过引入非线性分量指数发现,粗细颗粒界面对水流惯性力分量的影响具有一定抑制作用,其抑制性影响程度与粗细颗粒差别大小呈负相关。研究结果对研究穿越层状岩土体的非达西渗流问题具有较好的指导意义。

面向可再生能源集成的综合能源系统熵态计算模型

综合能源系统(IES)熵态机理与分析方法为面向可再生能源集成的IES能量品质分析提供了一种新的理论基础。针对不同的能源系统规模和场景,如何系统性求解大规模能源系统熵态分布是后续系统规划、运行和能量管控等亟须解决的基础问题之一。在IES熵态理论的基础上,进一步梳理了系统熵态分布的计算体系与思路;根据熵增流求解的需要,定义了一些关键计算矩阵与计算列向量;结合IES㶲流模型和熵态网络的定义,考虑能量枢纽(能源站)熵增流转化与分配机制,建立了基于顺序求解和联立求解的IES熵态计算模型,通过算例验证了两种计算模型的正确性与有效性,并讨论了两种计算方法的异同与适用性。

新型储能技术进展与挑战I:电化学储能技术

新型储能技术日益成为中国建设新型能源体系和新型电力系统的关键技术,已成为中国经济发展的新动能,将在促进可再生能源消纳、实现能源体系转型、提高能源利用效率、减少环境污染等方面发挥重要作用,相关技术研究也在快速发展。开展了该领域的系列评价性综述工作,分为电化学储能技术、物理储能与储热技术、储能集成与规划3个部分,对各类新型储能技术的应用领域、最新研究进展及局限性等问题进行了全面系统的对比分析,并进一步探讨了储能集成、安全、规划调度等储能系统相关领域面临的挑战及发展趋势。第1部分为电化学储能技术,重点对锂离子电池、钠离子电池、液流电池、固态电池和水系电池的技术与工程的相关成果进行了综合分析与讨论。电化学储能技术具有灵活配置的特点,可以满足不同功率和能量的应用需求,锂离子电池技术的成熟度最高,在储能市场占有主体地位,未来进一步发展集中于系统集成和安全技术方面,以推进更大规模的商业化应用。其他一些尚处于基础研究阶段的电池技术也展现出了巨大的发展潜力,比如:固态电池具有更高的安全性,钠离子电池具有优越的低温性能,液流电池具有较长的循环寿命等。

个人信息出境的国内法规制路径及体系化完善

数字化个人信息的大规模跨境传输使得个人权益、公共利益和国家安全利益受损的风险加剧,国际社会尚未达成统一法律规范予以应对。为维护国家数据主权、促进数据产业发展与保障个人信息安全,各国选择以国内法规制的方式对个人信息出境予以监管,具体表现为国家专门立法、联盟统一立法与国家分散立法。我国通过专门立法规制个人信息出境,形成了“硬性”与“软性”两轨监管机制,但存在分轨监管内容交叉、公私共治监管尚未形成的问题,阻碍个人信息的安全出境。在统筹推进国内法治和涉外法治的背景下,我国应以系统观念加强个人信息出境监管建设,从主体上发挥公私体系的协同性,从规范上强化攻防体系的均衡性,从空间上增进内外体系的互动性,为促成个人信息跨境规制的多边共识贡献中国智慧。

井筒流压快速分析方法及其在CO_(2)井中的应用

井筒作为井筒内工质流体和地下储层发生物质和能量交换的主要通道,其内部流体温度场和压力场的准确预测是深部流体注采工程中至关重要的内容,控制工程生产效率与安全性评估。通过总结前人研究工作,发现井筒内流体压力随深度近似线性变化的特征,在此基础上,提出一种关于井筒内流压的快速分析方法;建立了基于井筒内流体的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程的井筒内流体温度、压力耦合计算模型,并利用该耦合模型就所提快速分析方法中待定参数与流体工况、井筒参数、地层物性等参数变化的敏感性进行分析;针对CO_(2)井,给出了井筒内流压快速分析表达式,结合工程现场数据进行验证,压力解精度在工程应用许可的范围内。所提井筒内流压快速分析方法基于文献统计得出,适用于气井、液井、生产井、注入井等,覆盖范围较广,具有计算参数少、方便快捷的特点,针对某指定工质流体的快速分析表达式中的待定参数可由室内研究人员给出。研究结果对现场工程师具有极大的便利性。

中下地壳切向分层流变的结果:喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆

大陆中、下地壳切向(近水平)分层固态流动变形是地壳物质流动的重要形式之一,也是片麻岩穹隆的重要形成机制。雅拉香波穹隆位于特提斯喜马拉雅构造带的最东段,出露不同变质级别和时代的岩石地层,发育强烈的韧性剪切变形以及多期岩浆事件,是研究造山过程中构造变形和岩浆历史的天然实验室。本文以该穹隆为研究对象,进行了详细的野外构造解析和显微观察等工作,总结出以下三个特点:(1)雅拉香波穹隆内不同构造层次的岩石经历了相同的构造体制和不同变形条件改造:从浅部到深部,变形温度逐渐递增,由390℃到600℃;差应力逐渐减小,从24.58MPa减少至8.72MPa;应变速率逐渐加快,从1.27×10^(-13)~1.28×10^(-13)/s增加到5.19×10^(-11)~5.21×10^(-11)/s。以上体现了地壳活动带强烈的分层流变特点。(2)结合前人研究划分了穹隆变形的三个期次(D_(1)、D_(2)和D_(3)),其中D_(1)表现为上盘向南的剪切方向,D_(2)则表现为上盘向北的剪切方向。进一步,将主要变形期次D_(2)进一步划分为两个阶段,早期主要是以单剪为主导的剪切作用类型,而晚期则是以纯剪为主导的剪切作用类型。(3)根据D_(2)面理和线理的产状分布特点,可以得出,深部岩石线理的倾伏角近水平,而浅层次岩石的线理倾伏角近竖直。基于以上研究表明,雅拉香波穹隆各部分岩石均遭受了不同程度的剪切改造,不同构造层次的岩石具有几何学上的一致性以及运动学上的解耦,体现了穹隆发育过程中运动方向上的转变。结合穹隆各部位线理的倾伏角的变化规律,本文认为雅拉香波穹隆记录了中下地壳分层流动的过程,穹隆的形成主要受中下地壳近水平切向流动控制,辅以垂向流动的改造。

计及氢气注入与压缩因子的综合能源系统能流计算

为实现“双碳”目标,综合能源系统(integrated energy systems, IES)成为了近几年的重要研究方向之一,然而传统的IES能流计算已经无法精确地反映电制气(power-to-gas, P2G)技术带来的氢气注入天然气网络后的混合燃气的参数变化对IES的影响。为此,在传统天然气系统稳态分析方法的基础上加入了SRK(Soawk-Redlich-Kwong)气体状态方程,将压缩因子作为状态变量,提出可以反映氢气注入天然气系统,对气体流量和混合燃气热值产生影响的稳态分析方法。以此为基础,提出了计及氢气注入与压缩因子的电-热-气IES能流分解求解计算方法。最后通过算例验证了所提方法可有效反映混合燃气的参数变化对IES的影响。

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。

济阳坳陷页岩油储层渗流特征非稳态实验

为形成一种适用于济阳坳陷页岩油储层渗流特征参数的高效而且精确的测试方法,基于一维非稳态渗流模型,建立了非稳态页岩油流动实验方法,分析不同裂缝发育情况下页岩的液测渗透率和启动压力梯度。结果表明:非稳态压力恢复法可准确测试页岩渗透率,测试时间可缩短约90%;由于气液两相间基础物性的巨大差异,液测渗透率约为气测渗透率的0.47%~2.83%;结合数值仿真和压力衰竭测试,可获得页岩液测启动压力梯度(101~102 MPa/m),其随着渗透率的增加呈幂指数递减;层理贯穿缝发育可显著降低页岩的启动压力梯度;相较于稳态法测试,非稳态压力衰竭法测试启动压力梯度数值略小。研究成果可为页岩油储层渗流参数的高效实验测试及开发方案的制定提供技术支撑。

考虑长细比的岩土颗粒系统非稳态流动特征研究

砂土等常见岩土颗粒系统在高速流动状态下具有显著的非稳态特征,其剪切速度分布与速度波动特征等均表现出显著的随机性。但目前颗粒系统细观特征对其宏观流动参数的影响尚不明确,针对岩土颗粒流动过程随机性特征参数的研究亟待加强。本文通过离散元环剪单元实验模拟,捕捉不同形状颗粒系统高速剪切流动过程中的宏微观特征。研究结果表明:(1)颗粒形状对系统宏观剪应力有较为显著的影响。颗粒长细比越大,其残余剪应力越大;(2)颗粒系统速度波动的空间分布同时受到剪切速度与边界效应两方面的影响。剪切速度越大,速度波动越大。边界对于颗粒速度波动具有一定的约束效应;(3)颗粒形状对系统速度波动大小有显著影响。颗粒越细长,微观速度波动越小;(4)形状特征对颗粒系统细观接触特征有显著影响。颗粒越细长,其平均配位数越大,出现较大粒间接触力的概率越小。

液压滑阀稳态液动力补偿研究

针对液压滑阀稳态液动力补偿困难的问题,在阀芯上设计了一种导流槽结构来实现对稳态液动力的补偿,液流在流经导流槽时,由于导流槽的反向导流作用,产生了沿反方向的液流分量,该部分液流分量与正向运动的液流相互作用使得出口处射流角变大,液动力随之减弱。分析并推导了稳态液动力模型,通过CFD仿真研究导流槽各结构参数变化对稳态液动力的影响,并揭示了导流槽补偿原理。试验结果表明,有导流槽阀芯稳态液动力相对无导流槽阀芯大幅降低,压差为2.5 MPa时,各开度下液动力的平均减小量为52.7%;压差为3.5 MPa时,各开度下液动力的平均减小量为47.7%;压差为4.5 MPa时,各开度下液动力的平均减小量为33.9%。导流槽结构能够有效补偿稳态液动力,提高阀的控制精度。

东海某海底管道内腐蚀直接评价研究

东海某海底管道是油气外输的主干线,该管道由于有球型法兰自投产后未开展相应智能内检测工作,为评估该条管道的内腐蚀状态,参考NACE标准开展相关内腐蚀直接评价研究。为此,采用OLGA软件对管道内流动状态进行了分析,基于室内腐蚀实验对De waard 95腐蚀速率预测模型进行了改进,并将内腐蚀直接评价结果与现场泡沫涡流内检测结果进行了对比,同时进行了管道剩余强度评价。结果显示:该条海管共有366处高风险位置,最大腐蚀速率出现在6.933?km处为0.6508?mm/a,且腐蚀速率沿程的波动较大;改进后的内腐蚀速率预测模型精度能满足工程需求,内检测数据也进一步佐证了内腐蚀直接评价技术的可靠性,平均误差为5.29%;腐蚀后的管道剩余强度能满足当前安全运行的需要,建议后续加强腐蚀监测工作。

液压支架大流量换向阀稳态液动力计算与补偿方法

针对液压支架换向阀元件复杂结构形成不规则流道,传统一次动量定理不能精确求得阀芯所受液动力,以及因液动力过大或不稳定使换向阀动静态特性降低的问题,以支架换向阀主阀为研究对象,在分析其结构组成与工作原理基础上,提出一种全流域控制体积划分方式。运用多次动量定理,分别分析了每个控制体积内动量变化量,考虑阀芯上下游元件结构参数对阀芯液动力数值的影响,较为精确的推导出阀芯所受稳态液动力公式,并进行理论计算。通过分析公式,得出对阀内元件结构参数进行优化的方法来补偿稳态液动力并用CFD方法模拟了稳态液动力随阀芯开度变化规律。结果表明:结构参数优化后阀芯所受液动力峰值与变化幅度均较原结构低,将阀套内径结构优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了56.25%与48.12%;将回液阀芯顶杆直径优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了28.79%与32.71%;将回液阀芯端面倾角优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了31.87%与37.16%,有效缓解了支架换向阀阀芯所受稳态液动力使阀动静态性能降低的问题。

比例方向阀静态特性仿真与实验

比例方向阀是电液控制技术中最基础的元件之一,其作用是对液压执行机构的速度、方向、位置和输出力进行连续控制。在比例方向阀使用过程中,发现电压指令相同时,当比例方向阀阀口的压差较大时,随着压差的增加,流量出现了不增反减的现象。为了解释该现象,建立两种比例方向阀的静态仿真模型:第一种静态仿真模型基于液动力和阀口流量的经验公式;第二种静态仿真模型基于通过ANSYS Fluent流场数值计算得到的液动力和阀口流量插值公式。静态仿真结果表明:阀口流量不增反减的原因在于当压差增大时,液动力增加导致阀芯位移减小,进而使流量减小。实验结果证明:相比传统的经验公式,使用基于流场仿真数据得出的稳态液动力和阀口流量插值公式时,静态仿真结果更接近实验结果。

采用态-态模型的高温空气非平衡喷管流数值研究

采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组元,共157个组元.对未见公开文献给出速率系数的分子能级跃迁过程,综合振动能方程松弛时间和其他类似微观过程跃迁速率系数进行折算.计算结果表明,喷管喉道前流动接近平衡,喉道后出现非平衡,喉道下游不远处发生化学组元质量分数、较低振动能级分子数和表征振动能的振动温度的冻结,N_(2)的振动温度冻结较NO和O_(2)早,冻结值也更高;对振动能级跃迁起主导作用的微观机制是平动-振动能量交换(VT)过程,复合反应生成的分子更多位于中等振动能级;喷管非平衡和冻结区域分子能级分布偏离振动温度下的玻尔兹曼分布,高能级出现过分布;提高驻室总压能够降低喷管流动非平衡程度,推迟热化学冻结发生.

某雷达大功率固态发射机的结构与散热设计

介绍了某雷达大功率固态发射机的结构布局及散热设计,并给出了关键部件的焊接及加工工艺方法。根据功放组件、供电电源及微波合成波导的热耗大小及分布形式,确定了整机液冷散热的热控方式,并进行了散热仿真分析。首先,基于热平衡方程计算得到单独模块散热所需的冷却液流量,并据此对冷板结构进行优化设计;然后,将各自冷板等效为独立的二端口流阻器件,在Flomaster中建立整个热控系统的一维流体分配模型,得到分流板的关键结构设计变量;最后,通过FloEFD软件并结合工程实际对整机进行散热仿真分析,得到发射机各器件及组合的表面温度分布云图。结果表明,功放组件芯片的最高温度及温度一致性均满足使用要求,从而验证了整机结构和散热方案的可行性。

我国固态电池产业化发展的问题与进路

当前,固态电池是新能源汽车、储能等领域电池技术的竞争焦点,成为欧美地区和日韩地区新能源技术的研发重点。我国将固态电池作为下一代储能电池发展的主要方向,在固态电池性能、界面和材料等方面的研发取得了一定的成绩,但也存在关键技术难题待解决、工程化制备技术待突破、知识产权布局待优化、发展技术路线待清晰等重大挑战,产业化发展道路面临诸多困难。当前,应通过加大政策扶持、推动技术创新研究,明确发展目标、坚持多元化发展策略,强化产学研合作、加速研究成果转化,扶持龙头企业、明确固态电池优先发展级,强化国际合作、探索发展新模式等措施,全力以赴构建我国高安全性固态电池科技和产业发展体系。