聚丙烯酰胺对高黏油-水环状流流动特性的影响

针对稠油水环输送的水环流动改进问题,提出稠油流动边界层在聚丙烯酰胺(PAM)水环作用下的模拟实验方法,基于自主研发设计的室内油-水两相流可视化环道实验装置,采用500#白油模拟旅大稠油,实验研究了稠油-水环状流外环水相中添加PAM前后的流型特征与阻力特性,评价了PAM对水环润滑的协同减阻效果,分析了PAM对水环流动稳定性的作用机理。实验结果表明:PAM对稠油-水环状流的流型特征与阻力特性均有显著影响,使环状流的分布区域缩小,其缩减区域转变为分层流和塞状流,当其为分层流时减阻作用丧失;当油相表观流速为0.23~0.90m/s时,PAM减阻率随含水率增加先迅速增大后缓慢减小,在测试范围内最高达35%。研究结果可为稠油水环输送工艺优化提供理论指导和技术支持,也可为稠油管输流动改进提供新理念与新方法。

环形梯度多胞结构的多工况耐撞性研究

针对传统多胞薄壁结构在受到冲击时峰值力过大以及在斜向碰撞时易产生全局弯曲而失稳的问题,提出了一种新颖的具有梯度材料分布特性的环形梯度多胞管。提出并推导了环形多胞结构的平均碰撞力的理论模型,并进一步采用实验方法验证了理论模型的可行性。采用数值分析的方法,对比研究环形梯度多胞结构和均匀多胞结构在多角度冲击工况下的吸能特性。研究结果显示:梯度多胞结构比均匀多胞结构具有更好的能量吸收能力和承载特性,尤其在大角度倾斜冲击工况下,梯度多胞结构具有更明显的耐撞性优势;并且,随着梯度指数的增大,梯度多胞结构的峰值力、能量吸收能力都会降低,并呈现逐渐收敛的趋势,梯度厚度区间也对梯度结构的耐撞性有重要影响。

三江平原环型湿地土壤温度梯度的研究

三江平原环型湿地是低温 (碟型洼地 )和高温 (岛状林 )两种环境组合的典型区 ,为了研究三江平原环型湿地土壤温度梯度特征 ,对环型湿地 4种群落的土壤温度进行了观测。结果表明 ,由环型湿地的中心到边缘 ,土壤温度逐渐升高 ,土壤温度垂直变异由大逐渐减小。各群落深层土壤温度日变化不明显 ,而季节变化较明显 ,不同群落间深层土壤温度水平变异和垂直变异差异以 6月最大 ,8月和 10月份差异较小。这是由于环型湿地的中心到边缘 ,土壤层的厚度逐渐变薄 ,土壤水分含量逐渐降低 ,泥炭层的厚度逐渐变薄以至消失 ,冻结层融解时间逐渐推迟造成的。环型湿地中心的致冷效应有利于有机质的积累和保持环型湿地生态系统的稳定性。研究环型湿地的土壤温度梯度有助于从水热角度来进一步揭示沼泽湿地的生态环境效应 ,为湿地的保护及合理利用提供科学依据。

重庆主城区建设用地爬坡特征及其圈层性

坡地建设现象在中国的山地丘陵城市正日益增多,并且逐渐突破了一些早期形成的关于建设用地与坡度关系的认知。以重庆市主城区为研究区域,以2000~2020年为研究时段,以30m分辨率建设用地解译产品和数字高程模型为数据源,借助坡谱分析方法整体认知建设用地在坡度梯度上的分布与演变特征,运用圈层分析方法细化解析建设用地爬坡现象的水平圈层时空格局。研究发现:研究区建设用地整体呈现持续爬坡态势,建设用地上限坡度“违规”现象日益增多,现有相关规范的用地坡度上限规定正在丧失约束力;研究区建设用地一直保持着“内陡外缓”水平圈层格局,坡地建设的充填效应促进了城市建设用地的节约集约利用。建议修改国家行业标准《城乡建设用地竖向规划规范》,将城镇建设用地坡度上限从14°上调至20°附近,将城镇中心区用地选择的特殊坡度规定去除,同时各地也可根据自身实际出台更为严格的地方性规定。

垂直管中向上气液两相环状流主要参数计算方法

在分析垂直管中向上气液两相环状流流态特征的基础上,利用二相流理论及Wallis相关经验公式,推导出了垂直管中上升两相环流参数的计算公式.与其他方法计算结果对比,此计算方法可以较准确地计算出环状流重要参数,计算结果与实测数据较吻合.该分析计算方法简单易行,可通过简单的计算机编程实现.该方法可用于天然气井的排水采气生产以及油井生产中环状流的分析计算.

高陡度保形光学非球面环形子孔径检测方法

环形子孔径拼接技术检测大口径、高陡度光学非球面具有低成本、高效率的特点。提出一种基于最小二乘法和泽尼克多项式拟合的环形子孔径拼接方法检测高陡度光学非球面。研究了环形子孔径拼接算法的基本原理,对环形子孔径的划分方式进行数学公式推导及参数运算,建立被测非球面的有效数学模型。全口径的拼接结果与原始波面基本一致,二者PV和RMS差值分别为0.015 1λ、0.004 7λ(λ为632.8 nm),残差的PV和RMS值为0.043 5λ、0.005 2λ,验证该算法的有效性和准确性。

具有正弦粗糙度的环形微管道中脉冲流动

研究了具有正弦粗糙度的环形微管道中脉冲流动,其中壁面粗糙度用小振幅的正弦波表示,不可压缩粘性脉冲流动由周期振荡的压力梯度驱动,运用摄动展开法求解了柱坐标系下的动量方程,获得了环形微管道内脉冲流动的近似解析速度及其体积流率.在此基础上,研究了相关无量纲参数,如Reynolds(雷诺)数Re、压力梯度振幅A、正弦波状粗糙的小振幅ε、内外半径之比α、相位差β及其波数λ对速度u及平均体积流率Φ_m的影响.结果表明,剖面速度随A的增大而增大,随Re的增大而减小,相位滞后χ随振荡Reynolds数Re的增大而增大.

计算气井临界携液流量的新方法

准确计算气井临界携液流量具有十分重要的意义。国内外学者在Turner公式的基础上对其携液系数进行修正得到了不同的临界携液流量公式,但这些公式忽略了将表面张力及气体偏差系数取为常数对计算结果的影响,也未考虑不同携液系数对各气田的适用性,因此应用过程中往往存在较大误差。为此,本文首先对公式中的表面张力及气体偏差系数进行了修正,并对忽略这两个参数的变化所产生的计算误差进行了分析,然后探讨了常规公式不具有普遍适用性的原因,并在此基础上提出了一种应用流温流压梯度测试资料推导携液系数并得到目标气田临界携液流量公式的新方法。最后经实例验证表明本文提出的临界携液流量计算新方法相较于常规方法更具准确性和现场适用性。

抽油井油套管环空压力梯度与套管放气量的关系

沉没压力是抽油机井设计的关键参数,为了计算套管放气井的沉没压力,必须掌握环空压力梯度的影响因素,通过现场测试发现抽油机井的环空压力梯度在一定条件下可近似为常数,以此为依据进一步推导出八区P2W1油藏环空压力梯度与套管出气量的关系曲线及关系式。该关系对指导抽油机诊断与参数设计有重要的意义。

环形腔内双层薄液层热毛细对流的渐近解

为了解水平温度梯度作用下环形腔内双层薄液层热毛细对流的基本特性,采用渐近线方法获得了热毛细对流的近似解.环形腔外壁被加热,内壁被冷却,上、下壁面绝热.结果表明,当环形腔宽度与内半径比趋于零时,环形腔退化为矩形腔,所得到的主流区速度场和温度场的表达式演化为Nepomnyashchy等得到的矩形腔内的结果;与数值模拟结果的比较发现,在主流区渐近解与数值解吻合较好.

气侵条件下新型双梯度钻井环空出口流量变化规律研究

为了准确掌握气侵条件下新型双梯度钻井环空出口流量的变化规律,基于井筒气液两相流动理论,建立了考虑密度突变的气液两相流模型,分析了气侵条件下环空出口流量的变化,并探讨了不同因素变化对环空出口流量变化率的影响。研究发现:气体前沿到达分离器位置时,环空出口流量变化率明显突增;分离器位于泥线以下时,环空出口流量发生突增的时间要早于隔水管底端见气时间,有利于更早地识别气侵;低密度/高密度钻井液密度差、气侵量、排量、分离器位置、井深和井口回压等因素对环空出口流量变化率的影响程度依次降低。研究结果表明,考虑密度突变的气液两相流模型,可以准确预测气侵条件下新型双梯度钻井环空出口流量的变化情况,并为新型双梯度钻井早期溢流监测提供理论依据。

轴向磁场对环形浅液池内硅熔体热毛细对流的影响

为了更好地了解轴向磁场对温度梯度作用下Marangoni-热毛细对流的影响,采用有限差分法对环形浅液池内硅熔体制单晶的流动进行了数值模拟。研究了三种不同边界条件下,Ha数分别为0、10、20、30对应下硅熔体内部流动强度和自由表面速度。结果表明,轴向磁场对浅液池内的Marangoni对流、热毛细对流和耦合的Marangoni-热毛细对流都有较好的抑制作用,且随着磁场强度的增强,抑制作用增加,更有利于提高晶体的结晶质量。当磁场强度和底部热流密度一定时,随着水平温度梯度的增加,靠近内壁的流动得到增强,外壁附近流动反而减弱。

烧结环冷烟气余热梯级利用技术的探索

随着国家对能源环境的日益重视,钢铁行业不断探索能源利用、排放降低的新技术和新措施。烧结工序是钢铁冶炼主要的能源消耗环节,减少烧结工序能耗,对于钢铁行业节能减排意义重大。烧结环冷烟气余热的高效回收与利用可以有效地降低烧结工序能耗,并改善烧结区域环境。针对烧结环冷工序的工艺特点,在原有的热风烧结、余热产蒸汽、余热发电等余热利用技术上,进一步进行低温废气循环利用、机上锅炉等技术探索,以实现烧结环冷烟气余热的梯级利用,从而最终实现其工业应用。

偏心环空中幂率流体层流流动特性数值模拟研究

Herschel-Bulkley模型(即屈服幂率模型)可用于研究非牛顿流体的流动特性,并能在大范围剪切速率条件下得到准确的预测结果。为此,采用有限体积方法(FVM),研究了内部管柱旋转及流变参数(屈服应力τ0、稠度系数K和流性指数n)对偏心环空(E=0.5)中Herschel-Bulkley流体层流区域的轴向、切向速度剖面与压降梯度的影响。研究结果表明,内部管柱转速从100 r/min增加至400 r/min时,会引起最大轴向速度增加,增幅为120%;较低的流性指数(n=0.2)会引起偏心环空宽区域出现二次流;内部管柱转速及流变参数的变化对偏心环空宽区域切向速度剖面有不良影响;内部管柱转速从0增加至400 r/min时,会引起不同偏心环空(E=0.2,0.4,0.6和0.8)内幂率流体压降梯度降低,降低幅度为10%。

深井小井眼井底压力分段监测系统的建立及应用

钻井过程中,为减少井下高温高压环境下钻井液溢流、漏失、井涌和气侵等异常状况,需要准确地监测井底压力。当前井底压力监测计算模型未考虑井下钻井液温度和环空压耗的影响,使得测算的井底压力不够准确,导致钻井风险升高,因此提出了一种基于温压梯度与井眼偏心的深井小井眼井底压力分段监测方法。首先研究了钻井液在井筒环空中的流动压耗,分析了深井小井眼下钻进过程中环空偏心对环空压耗的影响,建立了基于环空偏心度的压耗分段解算模型;然后研究深井小井眼中钻井液密度受温度、压力、油水比等参数影响的特性,建立了基于温压梯度下密度解算模型以及静液柱压力计算模型,构建了正常钻进工况下分段井底压力监测模型,最终形成了一套基于温度、压力梯度和环空压耗的深井小井眼井底压力分段监测系统。现场应用表明,通过与现场PWD实测井底压力对比分析,基于温压梯度的分段井底压力监测结果误差小于±0.5 MPa,测量精度可满足现场压力实时监测要求。该井底压力监测系统为现场安全、快速、高效钻进提供了数据支撑,对未来深部油气资源勘探开发具有积极的指导意义。

环管型燃烧室火焰筒壁温气热耦合数值模拟

针对某型燃气轮机运行时回流式环管型燃烧室的火焰筒常发生烧蚀和裂纹,需获取其火焰筒壁温分布特点,进行分析以提出改进措施.全面考虑固体导热和辐射传热、气体与固体间的对流换热以及火焰和燃气的辐射,对燃烧室进行三维气热耦合数值模拟计算,获取流场、温度场以及壁温分布信息,并结合实验验证了三维气热耦合数值模拟能够较有效预测火焰筒壁温分布.由模拟结果知该型火焰筒壁温未超过设计值1 223K,但在联焰管与筒体连接处以及多个主燃孔处的温度较高、温度梯度较大,需要对这些部位的冷却方案进行改进.