旋转水力提升多金属结核运动特性数值模拟

采用CFD-DEM耦合方法对多金属结核提升进行模拟,研究了垂直管道中不同旋转流场旋流比对水力提升多金属结核输运特性的影响。结果表明,随着旋转流场旋流比增大,旋转强度显著增强,流体流速最大值增大,颗粒群轴向平均速度增大。旋转流场的旋转强度明显影响管道内颗粒的速度分布:速度大的颗粒逐步分布在管壁周围,速度较小的颗粒分布在管道中心处。旋转流场可降低颗粒群局部浓度,有利于降低因颗粒滞留效应引起局部浓度升高造成的输送管堵塞风险。

生菜、小青菜、小白菜深液流水培周年高效栽培技术

叶菜市场需求量大,水培技术因其高效、环保、无土壤污染等特点,成为叶菜生产的重要发展方向。为实现水培叶菜周年化生产,在连栋玻璃温室内开展了生菜、小青菜、小白菜深液流栽培,在35~45 cm的深液流中,利用纯水过滤系统、营养液配制系统、营养液循环系统、定时增氧系统、环境调控系统,将营养液pH值控制在5.5~6.5、EC值控制在2.0~2.6 mS/cm,同时将夏季最高温控制在30℃以下,冬季最低温控制在5℃以上,以满足不同季节叶菜对营养以及环境条件的需求,结合品种选择、育苗移栽等关键技术环节,实现水培叶菜高产高效。

强迫振动下垂直管道固液两相流数值模拟研究

粗颗粒固液两相流的管道输运适用于深海采矿工程.扬矿管道在流致振动作用下的内部固液两相流的输运机理尚未被完全探究.因此,采用计算流体动力学(CFD)与离散元(DEM)耦合的方法,分析不同粒径、不同振动频率与振幅和不同浓度工况下在强迫振动管道中的粗颗粒动力学特性以及管内流场变化特性.其中,将管道的振动简化为一维径向振动,将实际工况中的柔性管道假定为刚体管道.研究表明,在管道振动过程中,大颗粒相比小颗粒的惯性更大,而流体也需要更大的速度产生更大的曳力推动大颗粒,导致更大的轴向流场速度以及更大的轴向颗粒速度.随着粒径增大,大颗粒对流场的扰动更大,导致流体与壁面间的作用力更大;并且大颗粒与壁面间的碰撞和摩擦作用力更大,因此壁面剪应力增大.同时,大颗粒与流体间摩擦损耗的能量也更大.因此管道需要更大的能量将其输运,导致振动管道内的压降增加.增大管道振动频率与振幅会导致颗粒在截面上的分布更加分散,同时对流场扰动更大,然而对轴向流场速度的影响相对较小.增大进料浓度使颗粒间、颗粒与流场间的作用更加频繁,导致颗粒分布发生变化,并导致更大的轴向流场速度和湍动能.

液氧深度过冷大流量加注关键技术研究

为了提高火箭运载系数和工作稳定性,有必要对液氧(LO_(2))深度过冷大流量加注进行研究。重点分析了国内外液氧深度过冷大流量加注的工程应用方案及关键设计参数,总结给出了液氧深度过冷大流量加注技术难点,提出了泵抽真空过冷与高压氮气引射抽真空过冷两种液氧深度过冷大流量加注设计方案。通过对液氧深度过冷大流量加注关键技术研究,为我国深度过冷液氧在低温火箭上大规模应用与地面加注系统的能力提升提供了技术参考。

微通道反应器内低共熔溶剂/水混合物吸收CO_(2)的传质特性

为了探索低共熔溶剂在CO_(2)吸收过程中的应用前景,通过实验对康宁先进流动反应器内低共熔溶剂/水混合物吸收CO_(2)的传质特性进行了研究,并与目前常用的CO_(2)吸收剂(N-甲基二乙醇胺的质量分数为30%的水溶液)进行了比较和分析。结果表明,当低共熔溶剂/水混合物吸收剂体积流量qV,L不变、气相体积流量qV,G增大时,反应器的吸收负荷、体积传质系数均随之增大;而吸收率在qV,G较低时随qV,G增大而增大,当qV,G较大时,吸收率变化趋于平缓;当qV,G不变、qV,L增大时,吸收负荷、体积传质系数随之减小,但压降随之增大,而吸收率在qV,L较小时随qV,L增大而减小,当qV,L较大时变化趋近平缓。采用气、液相Re数、液相Sc数及增强因子等自变量,建立了体积传质系数关联式和压降关联式,平均绝对偏差分别为4.19%和1.74%,最大绝对偏差分别为13.9%和11.7%。

Theoretical analysis of effect of solid phase on cavitation performance of deep-sea mining pump

In view of the present situation of low cavitation performance of deep-sea mining slurry pump, the effect of solid phase on the cavitation performance of deep-sea mining pump is analyzed theoretically. The relationship between gas and liquid phases are established by cavitation nucleon theory and mass energy equation as well as solid phase and liquid phase, and then we explored the relationship between gas phase and solid phase. The results show that the critical bubble radius and solid-phase concentration flow rate during the cavitation can be related to the liquid pressure. Eq.(19) show that the larger the solid particle concentration and the solid phase flow, the earlier the cavitation will occur, and pump anti-cavitation performance will decline.

基于深度森林及电阻层析成像的气液两相流流型辨识

提出了一种基于深度森林(DF)算法与电阻层析成像技术(ERT)的气液两相流流型辨识方法。首先利用ERT实验装置对4种典型流型进行数据采集,以多帧数据求均值的方式对采集的数据进行预处理;然后选择合适的基本分类器构建深度森林模型,并调整模型的最大层数以保障分类的准确率;最后对多帧数据求均值的有效性和深度森林模型的流型辨识能力进行验证,并与深度神经网络(DNN)及卷积神经网络(CNN)2种传统深度学习算法进行比较。结果表明深度森林的流型辨识准确性优于其他2种算法,平均辨识精度可达98.75%,多帧数据求均值的预处理方法更有利于流型辨识。

高速多级深井泵固液两相流及磨损特性

为研究高速多级深井泵内部固液两相流动以及过流部件的磨损特性,采用DPM离散相模型对深井泵内部流动进行数值模拟,并采用磨损模型对叶轮和空间导叶进行磨损数值计算,分析在不同流量下固相颗粒在深井泵内部的流动规律以及叶轮和空间导叶的磨损情况.研究结果表明:在小流量工况下,颗粒在叶轮叶片进口处轨迹较为紊乱,颗粒速度随着流量的增大而增大;颗粒主要分布于叶轮叶片的头部和工作面上,随着流量的增大,颗粒分布面积逐渐扩大;在空间导叶上,颗粒主要呈带状分布于叶片工作面靠近外缘处,且在大流量工况下,叶片上颗粒堆积现象较为严重;叶轮叶片的磨损区域随着流量的增大而扩大,磨损程度以叶片头部最为严重;空间导叶的磨损率和磨损区域随着流量的增大而增大,在大流量工况下叶片工作面靠近外缘处最为严重;第一级叶轮和空间导叶的最大磨损率最大,随着级数的增加,叶轮和空间导叶的最大磨损率逐渐减小;在第一级叶轮中小流量工况下的叶轮最大磨损率最大,额定流量工况下叶轮的最大磨损率最小;在第一级空间导叶中流量为6 m^(3)/h时最大磨损率分别为2 m^(3)/h和4 m^(3)/h的33.5倍和8.5倍;第一级空间导叶的最大磨损率受流量的影响较大.

基于深度学习的水下射流流型识别

针对水下气体射流流型识别比较困难的问题,提出一种基于直接数字图像处理和卷积神经网络相结合的流型识别方法.通过水下气体射流试验系统来直接获取原始图像数据集,使用流量控制和采集系统获得不同工况下的水下射流形态.然后对图像进行预处理,首先通过图像裁剪去除图像中不需要的信息,采用二维中值滤波算法对图像的噪声进行抑制.然后采用最大类间方差算法进行二值化,为卷积神经网络的流型识别提供直接气泡图像数据集.最后利用3种不同的经典卷积神经网络(LeNet、AlexNet、ResNet)对处理后不同流型的图像进行训练,通过不断调节参数使分类模型达到最优,并以精确率、灵敏度、特异度和准确率作为水下射流流型分类的评价指标.结果表明:ResNet在过渡区和射流区分别取得了最高的精确率、灵敏度和特异度;ResNet在泡流区的精确率和特异度上取得最优;ResNet对流型识别效率最好,且识别准确率达到96.2%.

深层页岩欠平衡钻井气液固三相瞬态流动传热模型研究

井底压力的准确预测和有效控制是深层页岩欠平衡钻井作业的关键,但岩屑及环空流体与周围环境之间的对流换热对传统井底压力计算模型精度的影响较大。为此,建立了瞬态非等温井筒气液固三相流动模型,根据连续性方程和动量守恒方程,计算了流体速度、相体积分数和压力,并求解了不同径向层的能量守恒方程,得到了整个井筒-地层系统的温度分布,并采用迭代法,耦合求解了深度和径向方向上的温度、压力和流体性质;模型计算结果与欠平衡钻井作业的现场数据之间误差小于5.0%,验证了该模型的准确性与可靠性。基于所建立的模型,对比分析了考虑和不考虑岩屑存在及对流换热效应时预测的压力和温度差异,分析了欠平衡压差、机械钻速、地温梯度等因素对井筒压力和温度分布的影响规律。深层页岩欠平衡钻井气液固三相瞬态流动传热模型为控压钻井、欠平衡钻井在深层页岩油气中的高效应用提供了理论支撑。

混合压边液体内向流动动态充液拉深

为抑制液体内向流动动态充液拉深中凸缘增厚而造成的拉深阻力急剧增长,提出混合压边液体内向流动动态充液拉深新方法。对定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式实质进行分析,采用有限元研究混合压边方式下压边间隙、压边力以及径向压力的变化对成形过程的影响。研究结果表明:定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式的实质是设定压边间隙和设定压边力压边方式的混合;采用混合压边方式可以降低实际最大压边力,降低凸缘区的摩擦阻力,减少第二个谷底点的减薄率;压边力影响零件直壁部分壁厚分布,较大的压边力得到的零件直壁壁厚较薄;压边间隙的变化影响成形零件直壁壁厚分布,较小的压边间隙成形零件直壁较薄,第二个谷底点越接近零件底部。

铝合金2A12-O的动态充液拉深

针对铝合金板材成形性差的特点,提出液体内向流动动态充液拉深新技术。采用铝合金2A12-O板材对成形过程进行了初步实验验证后,运用有限元方法探讨不同的径向压力和不同的预胀路线对成形零件壁厚分布的影响。结果表明,采用该方法可以显著提高铝合金2A12-O的成形极限,成功拉深出拉深比达2.85的杯形件;径向压力显著影响杯形件壁厚的分布,通常较大的径向压力下的壁厚也较大。

深海采矿矿浆泵的设计方法研究

针对深海采矿矿浆泵尚无成熟的设计方法，基于垂直管道水力输送理论，文章提出了矿浆泵设计参数的理论公式，并对不同工作水深及矿石体积分数下的输送系统进行了分析；采用数值模拟方法分析了几何参数对泵性能的影响。分析结果表明：将体积分数为5％～10％的多金属结核从1000 m和6000 m海底提升至海面所需泵的扬程分别为78．04～130．05 m和440．63～735．17 m ，考虑装备制造的技术能力，矿石体积分数宜控制在8％以下；叶轮叶片数推荐值为4～5，以满足扬程和效率的要求；适当增大叶片进口角可改善泵的抗气蚀性能。最后，通过试验验证了数值分析方法的准确性。

深海采矿储料罐输送设备固液两相流数值计算与分析

针对深海采矿所使用的水泵与储料罐组合的矿石输送设备在矿石输送过程中矿石输送浓度难以控制,不利于矿石稳定和持续输送等问题,基于Fluent软件中的Euler-Euler模型,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型对储料罐输送设备内固液两相流进行数值计算和分析。计算结果表明:储料罐内的矿石在inlet1的水射流冲击和自身重力作用下能顺利进入输送管道,在inlet2水射流的卷吸和不断紊动稀释作用下,在出口处能得到稳定持续的矿浆流。同时,仿真结果表明:矿石体积分数随粒径增大而变小,当矿石粒径在5～10 mm范围内时矿石输送的体积分数保持在10%左右;随着储料罐内矿石堆积高度增加,矿石输送体积分数有所增大,但增大的幅度很小;随着inlet1速度增大,矿石输送体积分数也相应升高,两者之间呈良好的线性关系,因此通过阀门控制inlet1的水流速度就可以实现对矿石输送体积分数的控制;最后通过实验验证该输送设备的可行性,并进一步验证通过控制inlet1入口速度控制矿石输送体积分数。

高温压裂液流变性影响因素分析

论述的高温压裂液体系具有良好的剪切稳定性、热稳定性以及耐温性等,参数均符合SY/T5107-1995的行业方法评价标准,该体系在大庆油田深层气井压裂中得到了成功的应用,本文对高温压裂液体系的流变性影响因素进行分析总结。

深井充填两相流管道沉积机理研究

为解决某深井矿山因管道沉积造成的安全生产问题,通过对深井充填管道沉积机理进行研究,基于固液两相流相关理论,分别从细颗粒结垢和粗颗粒沉积2个方面来阐释两相流管道沉积机理。运用FLUENT流体动力学软件进行建模和分析,将浆体中固体细颗粒与清水混合的均质悬液作为连续相,较粗颗粒作为离散相,根据浆体中粗颗粒的浓度分布和管道速度分布特点来确定管道内颗粒物沉积规律。结果发现,充填两相流管道沉积的主要原因是细颗粒结垢和粗颗粒沉积相结合。数值模拟的两相流充填管道沉积过程与理论分析提出的粗细颗粒沉积物理模型相吻合。

涡激振动对管道液固两相流流场的影响

采用以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型和计算流体动力学(CFD)技术模拟涡激振动下的管道内部液固两相流流动,研究了涡激振动对深海采矿矿物颗粒水利提升的影响.通过对3种涡激振动工况下液固两相流流场计算分析,发现管道的涡激振动会改变颗粒轴向速度分布和颗粒浓度分布.在涡激振动作用下颗粒轴向速度分布发生"波动"现象,颗粒浓度分布发生周期性的变化,局部浓度明显提高.

矿浆泵内转速对固液流体速度矢量分布的影响分析

为了研究转速对深海采矿矿浆泵内部流动特性及对工作性能的影响,应用欧拉模型,RNGκ-ε(Renormalization-groupκ-ε)湍流模型及SIMPLEC算法,对矿浆泵叶轮及空间导叶内固液两相流场进行数值模拟,研究叶轮叶片和导叶叶片的绝对速度分布及外特性的影响。结果表明:随着转速n的增大,叶轮流道区域内的边界层更易分离,过流能力减弱,在叶轮出口处,射流-尾迹结构越强,水力损失越严重。空间导叶流道进口处的冲击更加猛烈,此区域流动愈加混乱,在导叶压力面进口处出现了范围更大的二次流。但随着转速n的增大,混合流体在导叶吸力面进口处的流动分离被抑制了,增大了过流能力,减弱了水力损失。

深海采矿矿浆泵内转速对固液两相流影响分析

为分析转速对深海采矿矿浆泵固液两相流的影响,文章采用RNGκ-ε湍流模型,运用Fluent软件对矿浆泵内固液两相流进行了数值模拟;比较了不同的转速对矿浆泵内压力分布、颗粒体积分数分布以及工作性能的影响;最后,矿浆泵在多种转速下进行试验,结果验证了数值模拟方法的准确性。研究结果表明:转速越大,叶轮对混合流体做功的有效性越好,混合浆体总压呈现大幅度上升,扬程也越大;不同转速工况下,平均颗粒体积分数值在叶片吸力面与压力面上的差异不大,说明叶片吸力面与压力面的磨损程度差异不大,并且导叶表面颗粒体积分数分布受转速的影响较轻。

粗颗粒两相流计算方法研究

针对具有颗粒粒级跨度大且粒径大特点的固液两相流系统,如深海采矿系统等,开发新型粗颗粒—均质浆体计算模型,该模型采用欧拉—拉格朗日计算法,大粒径颗粒视为固相粗颗粒,其余视为细颗粒与海水组成液相均质浆体。固—液相间滑移速度v_(slip)作为粗细颗粒划分标准,通过联立颗粒雷诺数Re_p,液相对颗粒绕流阻力系数C_d,颗粒粒径d_p等参数,得到滑移速度v_(slip)与颗粒粒径d_p的相关函数,获得粗细颗粒的划分粒径,进而得到两相流控制方程。利用CFD软件,使用该方法对粗颗粒固—液两相流垂直管提升系统进行仿真计算,并将所获得的仿真结果与已发表成果进行对比,发现数据较为吻合,从一定程度上验证了该计算模型的准确性。