工程教育专业认证背景下“机械制造基础”创新课程建设

在"中国制造2015"和工程教育专业认证的大背景下,本文结合中国石油大学(北京)机械设计制造及其自动化专业开展工程教育专业认证的实践,介绍了该专业"机械制造基础"课程在结合大学生创新竞赛、创新型课堂研讨、课程考核方式改革等方面综合培养学生创新能力的建设措施及实施的初步效果。

专业认证背景下工科选修课程的新教学模式探索——以油气储运工程技术经济分析课程为例

专业认证的三个基本理念是"以产出为导向""以学生为中心"和"持续改进",其中对教学过程、教学内容及教学效果提出了明确要求,而教学模式在整个过程中起决定性作用。近年来,"学生如何学"这个问题逐渐被人们所关注,但对工科选修课来说,如何提高学生学习的积极性和课堂参与度是一大难题。因此有必要对新教学模式进行探索。本文在专业认证背景下,以油气储运工程技术经济分析课程为例,从教学内容、教学案例和考核方式三个方面对油气储运工程技术经济分析课程的新教学模式进行了探讨。该教学模式的核心是:教学内容国际化并持续改进;案例设置与工程实际相结合;考核方式采用小组数据各异、组内各有分工、小组随机答辩、组内成绩共用原则。基于以上方式,课堂上及考核过程中充分调动了学生的积极性,取得了较好的教学效果,达到了预期目标。

含杂质CO_(2)混合体系的气液相平衡计算模型

对含杂质CO_(2)体系相平衡的准确表征是CCUS(碳捕集、利用与封存)应用中的关键。为探讨针对此类体系相平衡计算的最佳热力学模型,基于CO_(2)/N_(2)、CO_(2)/O_(2)与CO_(2)/H_(2)O等3种二元混合工质的气液相平衡数据,分别使用状态方程(PR、SRK、BWRS、CPA、GERG-2008)和活度系数模型(NRTL、UNIQUAC)进行了气液闪蒸计算。结果表明,针对含杂质CO_(2)二元混合体系,CPA方程具有最高的计算精度,其结果与实验值的平均偏差仅为4.75%。随后,采用CPA方程对CO_(2)/N_(2)、CO_(2)/N_(2)/O_(2)和CO_(2)/N_(2)/O_(2)/H_(2)O等混合物的相包络线进行了预测,其对泡点、露点压力的计算与NIST(美国国家标准与技术研究院)方法计算结果的平均偏差小于3.5%,表明了CPA方程可作为一种简单且准确的含杂质CO_(2)混合体系相平衡计算方法。

中国叠合盆地油气成藏研究进展与发展方向——以塔里木盆地为例

塔里木叠合盆地具备多套生储盖组合、多期生排油气作用和多旋回油气成藏作用,为了发展和完善叠合盆地油气成藏理论,总结了叠合盆地研究进展并分析其发展方向。叠合盆地研究主要取得4大进展:①发现了叠合盆地广泛分布的复杂油气藏;②建立了复杂油气藏成因模式;③揭示了复杂油气藏的改造机制;④提出了构造叠加改造复杂油气藏评价模型。叠合盆地功能要素组合控制油气藏的形成和分布,后期构造作用的叠加复合导致了早期油气藏的调整、改造和破坏。叠合盆地油气成藏研究的发展方向主要包括3个方面:①多要素联合控藏模式研究;②油气复合成藏机制研究;③油气藏调整改造机理及预测模式研究,尤其是针对叠合盆地深部开展该方面的研究更具理论和现实意义。

基于实时组分追踪的多气源非等温管网仿真方法

在管网公平开放的运行模式下,以天然气气质为基础的能量计量将逐渐成为天然气贸易的主流方式。为实现虚拟预测多气源管网关键节点天然气的实时组分,在结合非等温管流瞬态仿真模型和气体组分运移模型的基础上,建立了多气源天然气管网动态组分追踪模型。首先基于高精度的BWRS方程、稳态流动方程、焓方程、气体混合参数方程和边界条件得到管网运行初始条件,其次采用隐式中心差分法对管流控制方程和对流扩散方程进行离散,最后结合不同时空条件下的物性方程、混合参数关系式及边界条件,通过时间递推法和Newton—Rapshan算法求解得到天然气管网各节点的压力、流量、温度、组分等参数在整个瞬态时间域上的演化规律。研究结果表明:①建立的稳态模型仿真结果与TGNET模拟结果相比,系统压力和温度的最大绝对偏差分别为0.069 MPa和2.81 K,两者的甲烷和氢气摩尔分数结果基本一致;②建立的动态模型仿真结果与TGNET模拟结果相比,关键节点处压力、温度、甲烷和氢气摩尔分数的最大绝对偏差分别为0.078 MPa,2.22 K,1.54%和0.55%,模型预测的准确性高;③提出的多气源混合模型具有较强的通用性,可以适用于复杂拓扑结构的天然气管道系统的运行参数动态仿真和气体组分动态追踪。结论认为,提出的实时组分追踪方法可以为多气源非等温管网气体组分实时预测提供依据,进而为天然气管网能量计量以及管道仿真软件的国产化开发奠定理论基础。

大学生不安全行为形成机理研究

为预防与大学生有关事故的发生,研究大学生不安全行为的形成机理。采用问卷调查和数据分析的方法,研究大学生不安全行为的影响因素以及这些因素和不安全行为之间的定量关系。利用SPSS软件分析调查结果效度和信度,同时用AMOS软件绘制大学生不安全行为形成机理的结构方程模型(SEM)。研究表明:学校安全投入、安全管理、学生的安全意识和家庭因素对不安全行为有直接影响,其中学生安全意识对不安全行为的影响最显著,而学校的安全宣传教育、学生在中学阶段获得的安全知识、学生之间的关系等因素通过作用于安全意识对不安全行为具有间接影响。

机械设备振动监测的自适应变采样算法研究

采样频率设置过高将会增加数据冗余与系统能耗。根据机械设备振动信号的非平稳性设计了一种自适应数据采集算法。该算法通过自适应脉冲采样获取当前信号,并从时、频域2方面分析信号,再利用突变检测模型对分析结果进行处理,以指导自适应变采样,随后利用插值算法对数据进行重构。最后基于MATLAB平台对算法进行了实现,并以离心泵正常和故障下信号的仿真结果验证了该算法的有效性。

基于粒子群算法的瞬变电磁检测小车结构优化

利用瞬变电磁法进行管道移动检测的过程中,经常由于检测设备抖动造成检测信号的误差或检测失败。为此,设计了一款可搭载瞬变电磁检测设备的自动检测小车。基于检测小车和埋地管道检测的工作要求,进行可变线圈搭载平台和减震机构设计,并利用解析法对弹簧阻尼器的刚度系数和阻尼系数进行优化。基于ANSYS Workbench软件对上摆臂和车轮连接件进行拓扑优化。基于减震机构的关键零件下摆臂对整体性能的影响,利用CCD中心组合试验法,进行仿真试验设计取得数据,并利用响应面法得出最大应力和质量与下摆臂设计参数的映射关系。采用粒子群算法对映射关系进行优化设计,获得最大应力和质量最小时的下摆臂参数。优化结果表明:采用Adams对优化后的检测小车进行运动学仿真,小车平台质心在竖直方向上位移和速度的峰值分别降低约55.7%和26.5%,均值分别降低约67.9%和24.2%,波动的次数也明显减少,检测小车性能显著增强。所得结论可为检测小车设计提供理论参考,对管道缺陷检测领域具有一定的工程意义。

新工科背景下油气储存与装卸课程教学改革探索

在新工科背景下,随着油气田开发及输送新理论、新技术、新方法的不断出现,油气储运行业迫切需要具备创新能力的复合人才,这对高校的人才培养提出了更高的要求。文章以油气储存与装卸课程为例,分析了目前课程教学中存在的问题和挑战,并介绍了教研团队结合已有教学经验,对该课程实施的教学改革举措,包括整合课程内容、开发虚拟仿真实验平台、引入前沿教学方式、构建多样化考核方式。以上举措的实施有助于提高人才培养质量,推动油气储运领域的可持续发展。

基于VC-SVM与粒子群算法的卡钻智能预测方法

在油气钻探过程中,由于井下条件复杂、地层认识不清等因素,导致卡钻事故频发,严重制约钻井效率。目前国内外学者所研究的卡钻预测方法在准确性、时效性及迁移性等方面仍存在不足。为此提出了一种融合集成学习思想与智能优化算法的卡钻智能预测方法。该方法根据实际井场的卡钻数据,基于合理的标签标定方法,将标签准确定位于卡钻发生前而非卡死点;通过参数相关性分析、表征意义分析、时效性以及可信性分析优选了7个输入参数;使用了随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和BP神经网络3种算法建立了卡钻预测模型,并对比了各模型在卡钻与非卡钻样本比例严重不均时(卡钻与非卡钻比例1∶117)的表现;然后使用投票分类器(VC)将多个模型集成,并分类预测,优选SVM模型作为卡钻预测基模型,使用集成学习的思想加以改进,并采用粒子群算法同时对多个SVM分类器进行超参数优化,简化了调参过程的同时实现了耦合寻优。最终以某区块10次卡钻样本进行训练测试。测试结果表明,改进后的模型可有效寻找不同类别卡钻的超平面,迁移预测虚警率可控制在9%,漏警率不到7%,有效预测了每一次卡钻的大部分数据点。研究结果有望提高现场钻井风险预警效率,为保障油气井安全高效钻进提供支撑。

联合残差域自适应的变工况轴承故障诊断方法

滚动轴承由于实际工况变化造成故障数据特征分布不同,出现跨领域问题,传统以数据独立同分布为前提的故障诊断方法难以解决该问题。为此,设计并搭建了聚合残差网络,以残差连接和分组卷积式的独特网络结构实现故障敏感特征深度挖掘。提出一种联合残差域自适应的故障诊断方法,该方法通过最优广义S变换构建聚合残差网络提取图像的可迁移特征,最后以联合最大均值差异自适应地减小数据间的联合分布差异,实现变工况轴承的故障诊断。对3种工况下的滚动轴承进行了6组迁移试验,试验结果表明:联合残差域自适应方法故障诊断准确率达到了98.29%,相比于联合分布自适应法JDA和联合分布自适应+卷积神经网络法JDA+CNN,分别提升了21.0和5.1个百分点。研究结果可为变工况滚动轴承的故障诊断提供技术参考。

立体平板热管强化温差发电性能的实验研究

为提升温差发电装置的发电效率,提出了一种立体平板热管强化性能方法,通过实验对比评估了2种充液率对该立体平板热管均热性能的影响,探究了不同温差下温差发电系统的最大输出功率和发电效率。结果表明:充液率为27.4%时立体平板热管启动过程为分段启动,且温度分层现象明显;充液率为31.7%时立体平板热管可在40℃左右时迅速启动,启动后温度分布均匀性和一致性较好,有利于温差发电系统持续稳定高效发电;基于立体平板热管强化的温差发电系统的最大输出功率和发电效率均随着冷热端温差的增大而增大,且温差发电效率最高可达3.99%。

基于概率统计的压缩机可靠性研究

在统计国家管网现场大型离心压缩机机组2006~2022年运行故障数据的基础上,对数据进行清洗,将离心压缩机系统分为多个子系统进行概率统计,通过历史故障数据进行经验分布拟合与检验,建立了整个离心压缩机及其部件故障数据计算模型。除工艺系统服从对数正态分布外,其他服从双参数Weibull分布;所建立的计算模型都有95%以上的置信区间。

某油田原油气提塔脱硫工艺模拟与改进方案研究

针对某油田气提塔存在油路出口含硫量偏高的问题,根据气提相平衡理论,构建气提塔仿真模型,模拟气提塔运行工况,分析油气出口的压力、温度及流量参数,发现气提气超负荷造成气提气的流量特性与调节阀流量特性不匹配,无法将出口压力调至设计压力,塔内原料油的硫化氢组分无法被充分解吸,导致油路出口油品含硫量偏高。提出气提塔的气动调节阀改进方案,确定新阀的额定流量系数为650,公称直径为200mm。更换调节阀后,油路出口处的H2S流量从12.56×103mg/h降为1.91×103mg/h,脱硫效果得到显著提高。

高含水稠油混合液当量黏度的测试研究

原油黏度是油田地面工程集输系统规划与设计的重要物性参数。传统搅拌法测定高含水稠油混合液黏度,存在低转速无法均匀分散、高转速偏离实际工况的问题,采用高速搅拌分散与低速剪切测试交替进行,此剪切程序设计适用于高含水稠油混合液的搅拌测黏方法。此方法克服了环道法用油量大且实验操作复杂的缺点,并具备旋转黏度计连续测量且操作方便的优点。采用高低速交替搅拌法测定高含水稠油流动特性曲线,测量结果与实验环道法相比,1#油样的平均相对偏差为6.16%,平均绝对偏差为3.23 mPa·s,2#油样的平均相对偏差为2.61%,平均绝对偏差为3.69 mPa·s。结果表明:测试误差在允许范围内,测定得到的流动特性曲线呈现良好的规律性,混合液剪切稀释性随其含水率和温度降低而逐渐增强。

基于课程主线的“知识树”教学法的研究与实践——以课程“工程热力学”为例

根据目前工程热力学教学中存在的诸如各章节内容孤立化、学生对基本理论的理解肤浅、应用能力不强和工程实践意识不够等问题,结合多年教学积累,提出了基于课程主线的“知识树”教学法。论述了“知识树”的构建思路和在教学过程中的应用。并从优化课程体系、加强教师主导、学生主体的教学意识等方面介绍了有助于开展该方法的教学方法和措施。

基于光闪烁法的油雾浓度在线检测方法研究

针对压缩机出口除油器效率性能评价,提出一种基于光闪烁法的润滑油油雾液滴浓度在线检测方法。基于颗粒系层模型和Lambert-Beer定律,以层测量体透过率作为泊松分布随机变量,推导了光闪烁法在长光程平行光束下的颗粒浓度检测模型。闪烁频率根据测量体大小、颗粒直径和颗粒速度确定,并通过影响闪烁信号的拟合方差影响检测精度。对于某型压缩机润滑油,通过光谱扫描和主成分分析法确定了在可见光波段,400 nm波长光束具有最佳的检测灵敏度和正相关性。实验结果表明,相较于光透射法,在0~50 mg·m^(−3)油雾浓度范围内基于光闪烁法检测标定结果误差小于10%,线性相关系数R2=0.989。

超临界CO_(2)与PAG润滑油互溶性的分子动力学模拟

选取超临界CO_(2)和聚乙二醇合成油(PAG润滑油)作为研究对象,采用分子动力学模拟方法,考察超临界CO_(2)体系、PAG润滑油体系及二者混合体系在不同温度、压力、CO_(2)含量、PAG润滑油含量等条件下CO_(2)和PAG润滑油的互溶性变化规律。结果表明:对于CO_(2)摩尔分数100%、PAG润滑油质量分数22.23%的混合体系,在压力为10 MPa、温度由313.15 K升至353.15 K时,混合体系的溶解度参数差值增大80.5%,分子间结合能减小13.8%,CO_(2)和PAG润滑油互溶性减弱;在温度为393.15 K、压力由10 MPa升至50 MPa时,混合体系溶解度参数差值减小55.7%,分子间结合能增大19.1%,CO_(2)和PAG润滑油互溶性增强;混合体系中CO_(2)摩尔分数由25%升高至100%时,体系密度和溶解度参数均增大,CO_(2)溶解性能提高,此时溶解度参数差值降低了52.9%,CO_(2)和PAG润滑油互溶性增强。当混合体系中PAG润滑油的质量分数增加至60%以上时,CO_(2)和PAG润滑油的互溶性主要与润滑油含量有关。CO_(2)和润滑油互溶性变化规律的研究结果为海上高压超临界CO_(2)压缩机的研发和应用提供理论支撑。

基于微波谐振原理的天然气管道内液滴浓度测量方法

针对天然气管道内液滴杂质难以直接检测,常规离线检测方法滞后性严重的问题。本文研究了基于微波谐振原理的液滴浓度双参数在线测量方法,利用COMSOL数值模拟建立了微波谐振测量传感器模型,通过参数化扫描确定了当谐振探针直径R_(C)=6mm时,传感器测量管道中心区域的电场强度最大值可达14100V/m,电流密度平均值j_(avg(x))为1015.48,电流密度最大偏差I_(max(x))为0.95,表明微波谐振测量传感器达到最优结构参数。开展了液滴浓度变化对微波谐振测量传感器影响的实验。实验结果表明,该方法与离线称重法具有良好的一致性。传感器谐振频率偏移变化量和响应幅值有效增量对液滴浓度变化敏感,并呈线性相关趋势。传感器重复率在0.25%左右波动,展现了微波谐振方法良好的稳定性。这将为高压天然气管道内液滴浓度在线测量提供一种新的指导和研究思路。

基于群体平衡的胶凝原油水力悬浮体系流动特性模拟

胶凝原油水力悬浮体系流动特性研究是高含水油田实现不加热集输的关键。近年来随着计算流体力学的发展,数值模拟成为复杂流体流动特性研究的有效工具。根据群体平衡模型,引入关键的凝油颗粒碰撞聚并与剪切破碎函数,描述颗粒群间的相互作用,在三维管道模型下求解,通过文献试验数据对模拟结果进行验证。结果表明:随着流速或含水率的增加,凝油颗粒平均粒径减小,粒径呈圆环状分布,油相分布更加均匀,不易产生凝油壁面沉积;在高含水阶段,流速增大对流动压降增大的影响占主导地位,含水率的影响不明显,颗粒粒径减小或凝油沉积也会导致流动压降增大。