环形间隙式层流元件设计及流量特性研究

为了解决传统层流流量计(LFM)线性度不佳、长径比较大、加工使用不便和结构易受流体影响等诸多问题,受双锥流量计的启发,提出了一种环形间隙式层流元件结构,介绍了测量原理和流道内非线性压力损失来源。保持该结构外套筒体和圆柱锥体同轴心,其流道截面为同心圆环,通过CFD仿真确定了锥形导流结构的合理锥形角度,确定了层流元件的尺寸参数。将取压孔设置在流道中充分发展的层流段,理论上消除了传统毛细管式LFM进出口处流动局部损失和层流发展段的动能损失。制作3种不同间隙大小的试件并进行试验,结果显示,当测量流量值小于53 mL/min时,层流元件的测量误差在3%以内;当测量流量值在(130~6189)mL/min时,测量误差在±2%以内;层流元件的压差和流量之间具有优秀的线性关系。说明环形间隙式层流元件结构可有效克服传统LFM的非线性影响,同时测量流量范围可随间隙大小变化而改变。

海上稠油火驱固井系统第一界面完整性分析

海上稠油油藏丰富,开采前景广阔。但火驱开采环境恶劣,难以保障安全开采。为研究固井系统的完整性,基于Mohr-Coulomb准则、力学理论和温度场分布,计算固井第一界面微环隙。考虑非均匀地应力、井下高温和地层温度共同作用对套管-水泥环-地层组合系统的影响,获取第一界面微环隙分布图。结果表明:井下温度、水泥环弹性模量、水泥环泊松比、水泥环热膨胀系数以及水泥环导热系数对固井第一界面的微环隙均有影响,通过调整水泥石的参数可以提高固井设备的安全性。

循环应力作用下水泥环密封性实验研究

利用自主研发的水泥环密封性实验装置研究了套管内加卸压循环作用下水泥环的密封性,根据实验结果得出了循环应力作用下水泥环密封性失效的机理。实验结果显示,在较低套管内压循环作用下,水泥环保持密封性所能承受的应力循环次数较多;在较高循环应力作用下,水泥环密封性失效时循环次数较少。表明在套管内较低压力作用下,水泥环所受的应力较低,应力水平处于弹性状态,在加卸载的循环作用下,水泥环可随之弹性变形和弹性恢复;在较高应力作用下,水泥环内部固有的微裂纹和缺陷逐渐扩展和连通,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;随着应力循环次数的增加,塑性变形也不断地累积。循环压力卸载时,套管弹性回缩而水泥环塑性变形不可完全恢复,2者在界面处的变形不协调而引起拉应力。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,导致水泥环密封性失效,水泥环发生循环应力作用的低周期密封性疲劳破坏。套管内压力越大,水泥环中产生的应力水平越高,产生的塑性变形越大,每次卸载时产生的残余应变和界面处拉应力也越大,因此引起密封性失效的应力循环次数越少。

滑移流区内微环缝槽道中的层流流动与换热

本文针对微环缝槽道采用速度滑移和温度跳跃边界条件求解了不可压缩气体的Ｎ－Ｓ方程和能量方程，理论分析了微环缝槽道在单侧或双侧不同热流密度加热条件下的流动与层流换热特性，讨论了Ｋｎ数、内外径比对流动阻力及换热特性的影响。结果表明：滑移流区微环继通道内的流阻和Ｎｕｓｓｅｌｔ数明显低于连续流区；且随着Ｋｎ数的增加，流阻和Ｎｕｓｓｅｌｔ数均减小；但其随内外径比ｒ＊的变化趋势与连续流区相似。

套管试压对水泥环密封性的影响

套管试压后产生的微环隙是导致水泥环密封性下降的主要原因之一.根据套管-水泥环受力模型,推导了套管试压后产生的微环隙的定量计算公式.通过计算对影响微环隙尺寸的因素进行了分析.结果表明:试压时微环隙的尺寸与井口压力成正比;与围岩压力、水泥环的厚度呈负线性相关;随套管壁厚的增加而减小;随水泥环弹性模量的增加呈先增大后减小趋势.在水泥环弹性模量为25GPa时,微环隙的尺寸最大,但在其弹性模量小于25GPa时,弹性模量对减小微环隙尺寸的作用更明显,故对于需要高压套管试压的油气井,宜选用低弹性模量的水泥石.

环形缝隙中压力水的流动规律研究与试验

分析了压力流体在柱塞环形缝隙中的流动特性,得出了柱塞直径一定时微小缝隙中的层流与紊流的临界流量只取决于流体性质(粘度)的结论.介绍了自行设计制造的柱塞副环形间隙流量测试试验方案和试验装置.通过对水介质试验结果的分析发现:压力流体通过不同间隙值的临界流量是相同的,且只有在间隙很小(≤0.01mm)及压力较低(<6.3MPa)时压力水在缝隙中的流动才是层流,而工程实际应用中常用的配合间隙(0.01～0.02mm)及工作压力(≥6.3MPa)条件下环形缝隙中水的流动接近于紊流.这一结论给工程流体力学有关环形缝隙中流体层流计算公式的应用提供了适用范围,可作为水压传动元件的设计、制造及应用的理论依据.

侧钻小井眼微台阶扩孔技术

从20世纪90年代初期开始,辽河油田应用侧钻井技术来延长油、气井的寿命,实现了有效、经济地提高老油田储量动用程度的目标,在提高采收率方面取得了丰硕的成果。随着时间的推移,侧钻井自身存在的问题逐渐暴露出来,最明显的特征是其寿命远低于普通生产井,平均仅为2 a左右。为解决该问题,提出使用微台阶扩孔技术将侧钻小井眼窄间隙固井转化为宽间隙常规固井,同时加大水泥环厚度,提高固井质量,延长侧钻井寿命。

数值模拟微小三通管支管倾角对环状流相分配的影响

微小三通管内的流量分配及相分配特性对微型工程设备的正常运行至关重要。为了研究微三通管流体分配器的相分配特性,采用了计算流体动力学方法,通过改变三通支管的倾角,对微小三通管道模型进行了数值模拟。分析研究了入口流型为环状流时,微小三通管道中的速度分布规律,气相和液相的体积分数分布规律。结果表明,当支管倾角为90°、120°、150°时,液相优先从侧支管中采出;支管倾角为30°时,气相优先从侧支管中采出;支管倾角为60°时可获得最佳的相均匀分配。通过微通道侧支管结构的改进可减少相分配的不均匀性。

基于缝隙理论的新型数字液压缸研究

介绍了一种新型数字液压缸,该数字液压缸采用一种基于缝隙理论的数字阀,通过对数字阀的小流量控制来实现数字缸的微量进给和速度控制。步进电机接收到数字脉冲信号,驱动数字阀芯移动,通过改变数字阀阀芯的缝隙值来控制液压缸输入流量,从而有效提高了数字液压缸微进给控制精度。对数字液压缸系统进行分析,建立了精确的数学模型,推导了控制系统的传递函数和方框图,并利用AMESim仿真软件对其液压系统进行仿真分析,得到了数字液压缸位移、流量与数字阀缝隙变化的相对关系。

气液两相流在微小T型三通中的相分配特性

通过一系列可视化实验,研究了入口流型为弹状流和环状流时,在内径为0.5mm的水平微小T型三通中的相分配特性。结果发现:弹状流相分配曲线主要位于气相富集区,随着入口液体表观速度的增加,在低气体抽出比时,液相抽出率减小,但在高气体抽出比时,液相抽出率增大;入口气体表观速度增加对弹状流相分配的影响较小。对于环状流,相分配曲线主要位于液相富集区,随着液体表观速度增加,液相抽出率减小;而气体表观速度增加,导致液相抽出率增加。

环形微细腔内甲烷催化转化效率的数值模拟

甲烷在微燃烧器内存在燃烧效率不高、燃烧不稳定等问题。为了研究微尺度下甲烷持续稳定燃烧的性能，采用催化燃烧方式对环形微细腔内甲烷与空气混合物在铂催化表面上的催化燃烧进行了数值模拟，研究了甲烷当量比、壁面温度对微通道内甲烷与空气混合物催化燃烧的甲烷转化效率的影响。结果表明，甲烷当量比、壁面温度对甲烷转化率有重要影响，通过催化可以促进甲烷在环形微细腔内的稳定燃烧。为了获得较高的甲烷转化效率，微燃烧器入口的甲烷当量比在0．8～1．0范围内较为合理，温度是影响环形微细腔内甲烷催化燃烧的主要因素，尤其在甲烷当量比较低时，温度的提高对甲烷的催化转化有更好的促进作用。甲烷的质量流量为6．5g／h时，甲烷催化转化效率可达77％。

一种宽带微带贴片天线的新设计

设计和制作了一种宽带微带贴片天线,采用不同介电常数,不同厚度的基板叠加,利用半环形开路微带天线通过接地板上的缝隙耦合馈电。经过仿真计算和实验测试,这种结构的微带贴片天线完全满足平面天线阵的应用。由于采用边沿馈电,所以相对其他宽带微带天线而言,在宽带平面微带天线阵方面应用前景广阔。

微型燃气轮机燃烧室性能的数值研究

针对Capstone公司的C30微型燃气轮机的燃烧室,采用κ-ε湍流模型、EBU Arrhenius湍流燃烧模型描述其燃烧流动,采用扩展Zeldovich机制描述NOx生成;应用分区结构化网格和SIMPLE算法求解控制方程,进行了三维燃烧流动的数值模拟研究,同时对燃烧室的整体性能进行了分析。通过数值计算及结果分析,着重研究了环型贫燃预混燃烧室的燃烧组织形式对燃烧室性能的影响,并探讨了流动控制板对燃烧室内燃烧流动和燃烧室出口NOx分布的影响。数值研究的主要目的是配合新型微型燃气轮机的研制,获得微型燃气轮机燃烧室的设计经验,为研制既有高燃烧效率和燃烧稳定性,又有低NOx排放特性的燃烧室奠定基础。

微涡喷发动机离心甩油盘环形折流燃烧室的设计与实验研究

微涡喷发动机是低成本的结构简单的燃气涡轮动力装置,特别适合于推动巡航导弹、(雷达)假目标、轻型直升机、无人侦察机和航空靶机。离心甩油盘环形折流燃烧室由于具有燃油雾化质量好,轴向长度短,高空性能好等优点,很适合作为微涡喷发动机动力装置的燃烧室。本文主要研究了离心甩油盘环形折流燃烧室的气动热力学参数和几何参数的设计,并通过实验研究验证参数设计的合理性。

IBC资料固井质量评价处理与分析

CBL/VDL(水泥胶结测井/变密度测井)资料是评价固井质量的重要方法,但是,由于CBL/VDL的影响因素较多,在复杂储层情况下其评价结果精度较低。IBC是斯伦贝谢最新一代用于套管及固井质量评价的仪器,对IBC资料评价固井质量的方法与评价依据进行了详细分析;并结合实例对固井质量进行评价,结果显示,IBC资料在识别快速地层、微环隙、小井眼、薄水泥环固井质量评价等方面比CBL/VDL更有优势,评价结果更可靠。

微型燃气轮机圆筒原表面回热器的性能试验研究

对微型燃气轮机圆筒形原表面式回热器的传热与流动性能进行了试验研究.利用计算机控制检测传热性能试验台对该回热器在①两侧流量相等、改变两侧温度及②固定两侧温度,改变系统质量流量的情况下进行了传热性能和阻力性能试验.结果表明:随着质量流量的增加,回热器的传热系数增大,传热量逐渐增加,回热器的两侧压降也增大;在等流量时,回热器两侧的压降有所不同,高压低温侧压降比低压高温侧压降大,但低压高温侧压降增加较快,因此在设计回热器时必须重视两侧压降的变化情况,根据试验结果得出了传热和阻力随工况改变的变化趋势.

水平微肋管内基于气液环状流流型的沸腾传热理论模型

本文提出了基于气液环状流的水平螺旋微肋管内沸腾传热理论预测模型。在模型建立过程中,假设环状流液膜是由基底液膜和叠加扰动波液膜单元组成,将无量纲准则数Fr_0=G/[gd_eρ_v(ρ_l-ρ_v)]^(0.5)作为汽液两相流环状流理论模型的判据建立的模型理论预测值与已由的四种不同结构的微肋管、三种有机工质下得到的实验数据进行了比较,结果表明,在Fr_0>4.0时,提出的环状流预测值理论值或者和预测值符合得较好,或者大幅度改善了原有分层流模型的预测效果,充分说明了提出的环状流理论模型的合理性。

环形闪光灯在医学摄影中的应用

摄影技术在医学领域中普遍应用,环形闪光灯是不可缺少的医学摄影器材,通常配以微距镜头进行微距摄影,主要适合:腔内摄影、手术摄影、标本摄影等。

T形微通道内环状气液两相流相分离

以氮气为气相工作介质,以不同表面张力的液体(纯水、0.01%SDS溶液、0.5%SDS溶液、乙醇)为液相工作介质,对矩形截面为100μm×800μm的T形微通道内的气液环状流进行了相分离可视化实验。实验结果表明:环状流液相在侧支管中采出占优势。液相采出分率主要集中在0.25～0.65之间;气相采出分率在0.1～0.8,液相采出分率的增长幅度随着气相采出分率增加而变大。当气相表观速度一定时,液相采出分率随着两相流液体速度的增加而降低;当液体表观速度一定时,气体速度变化对液相采出分率影响不大;当两相的表观速度一定时,液相采出分率随着液体的表面张力降低而减小。所得实验数据与其它尺寸的数据进行比较,发现管径尺寸对环状流相分离有较大影响。

基于微环形阵列电极的细胞分离富集芯片的设计与实验研究

根据介电泳操作原理,设计了微环形阵列电极结构,建立了细胞分离富集芯片模型,采用COMSOL软件分析微环形阵列电极的电场分布和介电泳力方向并确定了最大和最小电场强度的位置,利用ITO玻璃和PDMS制备了细胞分离富集芯片。通过酵母菌细胞的介电泳富集实验和酵母菌细胞与聚苯乙烯小球的分离富集实验,明确了酵母菌细胞的临界频率,实现了酵母菌细胞和聚苯乙烯小球的分离富集。结果显示,在溶液电导率为60μs/cm,交流信号电压为8 Vp-p时,酵母菌细胞在1 k Hz^45 k Hz频率范围内做负介电泳运动并富集在环形内部,45 k Hz为酵母菌细胞的临界频率,在45 k Hz^10 MHz频率范围内做正介电泳运动并富集在环形边缘;1.5 MHz时聚苯乙烯小球做负介电泳运动并富集在环形内部,富集倍数达到11.66。