低压管路内气液两相流数值模拟及试验分析

以低压管路内气泡的运动状态为研究对象,建立了气泡在管路内运动的模型。对气泡分别在45°倾斜向下、水平、垂直向上3种管路中匀速运动进行分析。通过理论分析及模型仿真发现,在45°倾斜向下的管路中,气泡在匀速运动时只能聚集于靠近管壁的环状空间上方;在水平管道中,气泡存在于管道上部,在垂直向上的管路中,气泡只沿管道中心向上运动。搭建可视化试验台,观察气泡在不同管路中的运动状态,发现仿真结果与试验观察现象吻合。同时,通过分析当管道含气率在1.18%时,气泡在管路中的聚集和变形情况,发现管道内的压力波动与油液流速和管道的曲率半径相关。

不同钻进方式下的钻杆性能分析

目前,市面上主流的煤矿全液压钻机基本采用2种工作方式:针对煤岩硬度普氏系数f≤3的旋转式钻进方式和针对煤岩硬度普氏系数3<f≤6的旋转加冲击钻进方式。在这2种钻进运动方式下,钻进用的钻杆和钻进煤岩两者之间的速度不一致,从而导致两者的受力大小也不相同,所以,对不同钻进方式下钻杆钻进时的性能进行分析研究。

气液脉冲流体在管道—容器—管道组合管路中的运动特性的研究

根据脉冲流体运动微分方程和谐和分析原理，推导出了气液脉冲流体在管道—容器—管道组合管路中的运动特性方程组及其传递系数方程组，并进行了数值模拟，模拟结果与实验结果基本吻合。

一种单向伸缩式管道机器人系统的建模与仿真

介绍了基于单向运动机构的伸缩式管道机器人工作原理,对管道机器人整机系统进行合理简化,得到等效系统模型。根据等效模型,分析直流伺服电机、滚珠丝杠,以及单向运动机构的动力学行为。为了研究系统的输入电压信号和输出的运动速度之间的关系,建立了机器人系统的完整框图模型。利用M atlab对机器人系统进行仿真,分析不同输入信号下系统的响应特性,为管道机器人的机构设计和控制器设计提供理论依据。

山地灌溉管道含气囊运动的水力特性研究

采用直径75 mm的PVC给水管,建立了山地灌溉管道模型,对有压灌溉管道中凸起管段气囊运动的水力特性进行研究。试验中改变管道中流量,观察管道凸起部位气囊运动情况;通过量测流量、管道动水压强,分析了雷诺数与管道凸起处135°弯头局部阻力系数的关系。结果表明:①随着管道输水流量减小,管道突起部位气囊体积扩大,气囊对管道水流阻力增大;②随着雷诺数增大,管道凸起管段135°弯头局部阻力系数减小,雷诺数小于2.0×104时,局部阻力系数随雷诺数增大而迅速减小,最后趋于稳定。

螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计

为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力,对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点,在机器人运动学和力学建模的基础上,分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性,并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理,提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息,并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明:该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。

塔河油田水平井卡钻事故的分析及处理

塔河油田水平井钻井过程中 ,曾多次发生卡钻事故。以 TK1 0 4 H井、TK2 0 2 H井和 TK1 0 5H井为例 ,详细分析了该区水平井卡钻的主要原因 ,并给出了相应的解卡措施 ,对以后该区水平井钻井安全具有重要意义。

管道内行走机器人设计

设计了一种适用于管道内工作的机器人,采用双平行四边形机构扩大其管径适应范围,以STM32F207ZG为主控芯片,外扩SRAM进行信息缓存,利用TCP/IP协议进行上下位机通信,通过搭载各类传感器完成管道内的检测任务。该管道机器人具有转弯灵活、攀爬能力强等特点,在实践教学活动中取得了良好的效果,有效提高了学生的学习兴趣。

充填料浆沉降规律研究及输送可行性分析

通过分析充填料浆在管道自流输送系统中的运动形式与充填骨料固体颗粒的沉降规律,得知充填料浆能否稳定地输送到采空区跟输送速度及水平管道的长度有关。结合孙村煤矿的煤矸石似膏体充填料浆的特点,利用Fluent流体分析软件对料浆的管道输送过程进行了模拟,并从理论上分析了以煤矸石作为主要骨料的似膏体利用管道自流输送的可行性。模拟分析表明,料浆的自流压差能够克服在管道自流输送过程中的沿程阻力损失,并且在3.82m/s的水平管道输送速度下,料浆垂直脉动速度分量38.3cm/s大于煤矸石的干涉沉降速度0.99cm/s,因此,似膏体能够自流输送到采空区。

隧道开挖引起管线沉降计算的刚度修正法

在城市地铁隧道掘进中,地层位移会对密布的城市地下管线形成较大的威胁。由于管土隧道相互作用问题的复杂性,除了数值分析方法以外,一般在工程实践中均忽略了结构刚度对其变形的影响作用,因此结构变形预测结果大大偏于保守。在理论分析的基础上,通过机理研究和实测数据的分析,提出了管线变形及其内力计算的高斯分布模型与结构刚度影响机理;给出了管线沉降槽宽度系数K和管线刚度之间的经验关系,建立了考虑隧道管土相互作用的管线沉降和内力的预测方法——刚度修正法。

超浅层顶管施工引起路基地层移动数值模拟

覆盖土层薄的超浅层顶管穿越路基施工引起管道周围土体移动会对路面结构造成破坏。结合实际工程,运用有限元模拟超浅层顶管穿越路基引起的地层移动和现场地表变形监测,研究了管道摩擦力、注浆率、顶推力、路面交通荷载等因素对覆盖土层变形的影响。研究表明:地层移动是先隆起后沉降,覆盖土层下部的移动速度比表层的大;地表变形的有限元计算结果和现场实测数据基本吻合;超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动,横断面地表沉降变形在工具管纵向通过2倍顶管外径后基本趋于稳定,横向地表沉降沿侧向分布近似为正态分布,主要影响范围在顶管轴线左右两侧各1.5倍顶管外径的范围内;变形要求严格的地面下进行超浅层顶管施工,可以通过有限元分析对周围环境影响程度的评价。

顶管施工引起的挤土效应研究

顶管施工过程中过大的支护压力、掘进机偏斜、掘进机与土体的摩阻力,以及过大的注浆压力都会引起挤土效应,挤土过程会减小施工结束时的沉降值和沉降槽宽度。考虑土体的初始应力场,假定土体是均匀线弹性材料,通过向掘进机周围土体施加向外侧的椭圆形径向位移来模拟挤土过程,在小应变假定情况下,推导了半无限空间中土体位移场的近似解析解。考虑空间效应,给出了修正的计算公式。将该公式计算得到的结果与实测值进行了比较,结果表明:地面隆起的最高点位于轴线两侧,由于地面硬壳层的存在,使计算值稍大于实测值,硬壳层以下则非常吻合。

非金属管道的受力分析与结构设计

针对顺北油田苛刻的腐蚀环境和特殊的地形地貌,地面集输管线建设面临沙丘起伏大(落差>10 m)、移动性强(沙暴天气>1个月)等不利因素,开展非金属材料管体和接头的受力分析和结构设计研究。利用有限元分析软件对不同内径的管材在不同外压载荷作用下展开的分析,计算管材在不同载荷下对管材挠度与应力的影响,校对所设计的结构是否能达到使用标准。结果表明,在内压载荷下增强层是主要承压层,增强层损坏意味着管道的失效;外压载荷下的风力载荷对管道影响最小,惯性载荷与沙丘移动均对悬空管道产生较大影响,可以通过应力分析来判断管道连接的可行性。

钻杆轴向运动对水平井段岩屑床的清洗效果

为了研究倒划眼或短起下钻对水平井段岩屑运移规律的影响、指导现场短起下钻作业和短起下钻时对井眼清洁程度的评价,基于CFD数值模拟方法并结合欧拉双流体模型,探讨了钻杆起钻速度、钻井液黏度等参数对岩屑床破坏作用的机制。研究结果表明:①起钻速度介于0.10~0.25 m/s时,钻杆起钻这种轴向运动只破坏了原始的岩屑床形态,使岩屑重新沿轴向扩散分布,对提高井眼清洁效率没有作用;②当起钻速度大于0.25 m/s时,钻井液的反向流动冲蚀作用使岩屑重新堆积成较高的丘状岩屑床,有可能影响再次下钻,增加了卡钻风险;③钻井液黏度小于30 mPa·s时,环空岩屑运移以钻杆的机械拖拽作用为主导;④钻井液黏度大于30 mPa·s时,环空岩屑运移以抽吸压力作用为主导;⑤钻井液黏度固定时,钻杆轴向运动速度选择不合理有可能导致井内压力波动增大,增加了井涌和溢流的风险。进而提出建议:现场在起下钻作业时,井眼内钻井液黏度小于30 mPa·s时使用0.25~0.75 m/s的起钻速度,钻井液黏度大于30 mPa·s则使用0.10~0.25 m/s的安全起钻速度。

不同顶管施工工艺对深层土体移动的影响分析

对杭州市石桥路手掘式、泥水式及土压式顶管施工所引起的深层土体移动进行了分析,得出了一些有意义的结论。

基于ADAMS的钢管漏磁检测螺旋推进运动的计算分析

在钢管螺旋推进漏磁检测中,针对钢管与其驱动对辊轮的接触作用点难以寻找而导致不易通过几何求解法获得其螺距的问题,采用ADAMS运动仿真软件对钢管螺旋推进运动进行了计算分析,并组建试验装置对仿真计算结果进行了验证,对钢管螺旋运动时的平稳性进行了分析;针对直接倒角处理过的对辊轮在驱动钢管时存在较大机械波动的问题,优化处理了对辊轮轮廓面。该方法可较快且比较精确地计算出钢管螺旋推进运动的螺距;另外,对辊轮轮廓面优化处理后,降低了钢管机械波动所产生的磁噪声,提高了漏磁探伤的信噪比。

管道机器人弯管通过性的分析

讨论了管道机器人的数学模型,并且对垂直弯管和分支管道的通过性做了分析。通过建立机器人的几何方程,使得机器人可能通过各种弯管。其结果可对机器人的动静态特性研究提供一定的参考。

单板U型场地滑雪运动员“调姿、调息、调意”训练体系的构建

单板U型场地滑雪运动员动作完成的准确性是比赛中影响裁判员打分的关键环节。分析运动员动在高速、腾空条件下作完成动作的机理,认为动态下的技术动作完成过程是运动员生理、心理对竞赛高负荷的适应,是技术行为程序与心理活动指向相互影响共同作用于动作完成的结果,即由身体姿势、呼吸节奏、时空意识三方面所构成的单板U型场地滑雪运动员技术动作完成的动态性系统。基于此,提出了单板U型场地滑雪运动员"调姿、调息、调意"的系统化训练体系,使运动员在超越竞赛难度的训练情景中建立正确的动作完成认知和思维模式,不断提高运动员动作完成的准确性。

有限元模拟超浅层顶管施工引起的路基地层移动

在市政工程中,超浅层顶管作为一种非开挖的施工技术,具有保护环境和不中断交通、不影响居民的正常生活等优点。通过有限元模拟超浅层顶管穿越路基时引起路基地层的变化情况,得出了超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动的影响范围。