动态流量平衡阀结构优化与验证

针对动态流量平衡阀流量控制精度较低问题,依据孔板流量和同心环状缝隙流方程,初步设计阀芯开孔型线,提出压差补偿系数因子修正法对现有的型线公式进行了优化修正,基于大涡模拟(LES)湍流模型,数值模拟研究了优化前后动态流量平衡阀的流量控制精度和流量精度误差,对比分析阀芯开孔型线对阀内压力脉动强度的影响规律,并搭建流量测试试验台对所提优化方法进行验证。结果表明,压差补偿因子修正法优化阀芯开孔型线能有效降低阀芯端面压力脉动强度,提高动态流量平衡阀流量控制精度至3.7%,流场模拟计算和实验结果趋势上基本吻合。     

含蜡原油管道摩阻系数的辨识计算

基于反问题分析方法,以最小二乘准则为终止条件,根据原油管道不稳定过程的压力实测数据,采用Levenberg-Marquardt方法辨识含蜡原油管道站间摩阻系数。应用特征线法直接计算摩阻系数敏感度Jacobian矩阵,并通过算例比较了采用平均摩阻系数法、公式计算摩阻系数法及辨识算法计算的原油管道中间点压力值与实测值的偏差。结果表明,采用辨识方法求解的管道沿线摩阻系数能够对管道沿线压力流量值进行较好的估计。     

给水管网管道摩阻校正方法研究

为了提高给水管网管道摩阻系数校正的稳定性和惟一性，提出了新的摩阻校正方法.当节点流量已知时，分析节点压力受管道摩阻变化影响的敏感度矩阵，在敏感度较大的节点上收集校正数据；对大敏感度管道单独校正、对其他管道进行分组校正，从而减少了校正变量的个数；模拟管网的多工况运行，收集足够多的校正数据；将管道摩阻系数的经验估计值引入到蚁群算法的优化计算过程中，提高优化计算的收敛速度.算例分析表明，采用上述方法校正的给水管网水力模型在实际应用中得到的节点压力值与实际节点压力值更为匹配.     

竖直窄矩形通道内弹状流特性的实验研究

针对窄矩形通道内弹状流的气弹行为和阻力特性问题,以空气和水为工质,应用高速摄影仪,对3.25 mm×43mm的竖直矩形通道进行了弹状流的可视化研究。实验共获得111组数据,气、液相雷诺数范围分别为55~2 042和1115~22 016。实验结果表明,气弹上升速度随两相折算速度线性增加;气弹长度随液相折算速度的增加而减小,随气相折算速度的增加近似线性增大;气弹区(1≤L*b<2),气弹宽度随气相流量的增大而显著增大,到达加长气弹区(L*b≥2),气弹宽度基本稳定。基于两相折算速度的雷诺数对实验数据进行拟合,拟合关系式的误差为14.7%。     

水力压裂过程中射孔冲蚀效应的数值模拟研究

针对水力压裂过程中射孔冲蚀效应使得射孔簇处射孔数目难以确定的问题,使用FrackOptima全三维水力压裂软件和前期研究建立的射孔冲蚀模型建立算例。通过边界元进行网格离散,使用时间步长算法进行流固耦合数值模拟,定量研究射孔冲蚀效应对裂缝最终形态、压裂液流量分布、射孔摩阻、射孔直径、流量系数、井底压力这6个压裂结果参数的影响规律。研究结果表明：传统非限流压裂过程中射孔摩阻的值和射孔冲蚀导致的摩阻瞬时动态变化较小,因此可以忽略射孔冲蚀效应;而在使用同时多簇限流压裂方法开发非常规油气的过程中,射孔摩阻的值较大且射孔冲蚀导致的摩阻瞬时动态变化较明显,所以必须考虑射孔冲蚀效应。在算例参数条件下,选取8孔/簇可以获得较合适的射孔摩阻,从而较好地平衡应力阴影效应,获得较均匀的多条裂缝发育;同时,确保井底压力在实际压裂安全范围内。     

矩形微通道内流动沸腾压力降实验研究

对去离子水在矩形微通道(0.54 mm×1.6 mm×330 mm)中的流动沸腾压力降特性进行了实验研究.结果表明:质量流速和出口干度对压力降有重要影响,总压力降随质量流速和出口干度的增加而增大;各分压力降中摩擦压力降占主要部分,其次是重力、加速和单相流压力降.在实验数据基础上拟合微通道内单相流摩擦系数关联式,预测值与实验数据吻合良好,对微通道内流动沸腾摩擦压力降的研究有重要的参考价值.     

气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响

基于雨幕墙压力传递的频域求解方法,推导当气屏有渗漏时雨幕墙压力传递频域特征参数的表达式,并结合气屏渗漏模型分析气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响.计算结果表明,气屏从无渗漏到有渗漏,雨幕两侧压差的均值及低频脉动响应由平衡变为不平衡,但是脉动共振响应变小.气屏孔隙流量系数及气屏孔隙有效深度对压力平衡的影响很小,而气屏渗漏流量及气屏孔隙流动指数的影响较大.随着渗漏流量或流动指数增大,压差均值与低频脉动响应增大,而脉动共振响应减小.利用原非线性控制方程组的时域求解结果,验证了通过统计线性化得到的频域求解方法在此类雨幕墙压力传递求解上的适用性.     

柔性变流器及其应用

基于雨幕墙压力传递的频域求解方法,推导当气屏有渗漏时雨幕墙压力传递频域特征参数的表达式,并结合气屏渗漏模型分析气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响.计算结果表明,气屏从无渗漏到有渗漏,雨幕两侧压差的均值及低频脉动响应由平衡变为不平衡,但是脉动共振响应变小.气屏孔隙流量系数及气屏孔隙有效深度对压力平衡的影响很小,而气屏渗漏流量及气屏孔隙流动指数的影响较大.随着渗漏流量或流动指数增大,压差均值与低频脉动响应增大,而脉动共振响应减小.利用原非线性控制方程组的时域求解结果,验证了通过统计线性化得到的频域求解方法在此类雨幕墙压力传递求解上的适用性.     

气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响

基于雨幕墙压力传递的频域求解方法,推导当气屏有渗漏时雨幕墙压力传递频域特征参数的表达式,并结合气屏渗漏模型分析气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响.计算结果表明,气屏从无渗漏到有渗漏,雨幕两侧压差的均值及低频脉动响应由平衡变为不平衡,但是脉动共振响应减小.气屏孔隙流量系数及气屏孔隙有效深度对压力平衡的影响很小,而气屏渗漏流量及气屏孔隙流动指数的影响较大.随着渗漏流量或流动指数增大,压差均值与低频脉动响应增大,而脉动共振响应减小.利用原非线性控制方程组的时域求解结果,验证了通过统计线性化得到的频域求解方法在此类雨幕墙压力传递求解上的适用性.     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

正弦风场新月形覆冰导线动态气动力特性

为研究脉动风场对覆冰导线动态气动力特性的影响,利用Fluent软件的用户自定义函数和动网格技术,计算了正弦风场下新月形覆冰导线在垂直振动与扭转振动耦合下的动态气动力系数,并与相同舞动条件下定常风场模拟结果进行比较;分析了来流速度脉动频率和幅值对气动力的影响.结果发现:覆冰导线在正弦风场作用下的动态气动力系数平均值略高于定常风场下动态气动力的数值;脉动风频率对阻力系数和升力系数的平均值影响较小;脉动风幅值增加会导致动态气动力系数的平均值增大.因此工程中进行输电线路防舞设计时,应考虑脉动风场幅值对气动力系数的影响.     

滚法推拿驱动下血液流的晶格玻尔兹曼方法模拟

通过建立晶格玻尔兹曼方法中正弦式的滚法推拿模型,研究了动脉血管中没有压差、没有脉动时推拿对血液流的驱动.展示了在推拿作用下血管内的流场的变化,并分析该变化流场的物理机制.     

矩形并联微通道中流量分配与流动沸腾传热特性实验研究

文中通过可视化实验的研究方法,对主通道尺寸为1 mm×0.5 mm,三根支通道尺寸为0.5 mm×0.5 mm的矩形微通道进行了沸腾换热与流动特性的实验研究.采集到了温度信号、压力信号及各支通道流出的流体流量,绘制出了不同工况下的流型图和液体采出率.同时捕捉到了回流现象发生时气泡的破裂与生长,并结合气泡破裂时受力分析研究流量分配机理及回流发生的原因.最后为了更深入的研究通道内传热系数的影响机理,对局部传热系数和平均传热系数进行了对比分析.研究发现,在热流密度较低且质量流量较高的范围内,液体处于全液相状态;气泡受力对流量分配和回流有显著影响;流体温度随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而升高;质量流量越小在沸腾换热时单相强制对流换热系数越高;当干度一定时,换热系数随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而增加.     

基于大涡模拟的导叶式混流泵叶轮内压力脉动特性分析

为研究导叶式混流泵叶轮内部非定常压力脉动特性,在其叶轮进口截面及出口截面附近分别设置8个压力脉动监测点,采用大涡模拟方法(LES)对导叶式混流泵内全三维流道(进水管、叶轮、导叶及出水管)进行模拟,并对8个监测点进行压力脉动时域图和频域图的分析。结果表明:由于旋转叶轮旋转失速、脱流效应及静止导叶的干涉作用,叶轮出口处压力脉动系数幅值均大于进口处脉动系数幅值,且其最大压力脉动发生在叶轮出口处,脉动波衰减较慢;叶轮进、出口截面上监测点的压力脉动频率以叶轮叶频为主频次,且压力脉动主要频率为叶频的倍数。     

矩形建筑双层幕墙的风荷载特征及阵风系数

采用刚性模型风洞试验和内、外层幕墙同步测压技术对矩形建筑的风荷载和阵风系数的分布规律进行详细研究,探讨了内、外层幕墙在不同气流流动区域内的风荷载大小关系.结果表明,涡脱落产生的强大吸力无论是平均风压还是脉动风压均主要作用在外幕墙上,而气流附着及气流碰撞产生的压力主要作用在内幕墙上;双层幕墙的阵风系数随测点和风向角的变化较大,平均风压越小,阵风系数越大,但对于在控制风向角下的最大瞬时风压,其内、外层幕墙的阵风系数均与规范值十分接近。根据试验结果,提出了矩形双层幕墙建筑的内、外层幕墙墙面和墙角体型系数的建议值.     

给水管网微观模型水力校正研究

研究节点流量已知情况下管网模型的校正.实测部分有代表性管段的摩阻,根据所测数据建立了关于敷设年代、管材、管径的摩阻灰色推定模型,推算出全部管段的摩阻估计值,再利用遗传算法对整个管网的摩阻系数进行精确校核,将调整后的摩阻系数与摩阻初始估计值的差值作为惩罚项,使遗传算法围绕摩阻初始估计值寻优.工程实例表明,利用此方法进行校核,遗传算法的寻优结果更加符合摩阻的真实情况.     

立式混流泵装置压力脉动的模型试验分析

为研究立式混流泵装置内部压力脉动特性,通过模型试验的方法,对某混流泵装置不同叶轮叶片安放角(-2°、0°、2°)下叶轮进口和导叶出口的压力脉动进行采集,通过傅里叶变换后比较分析得出:混流泵装置叶轮进口和导叶出口压力脉动峰峰值均具有一定的规律性,不同叶片安放角下叶轮进口压力脉动峰峰值均大于导叶出口,小流量区域表现得更为明显;建立了泵装置稳定性微观与宏观间的联系,得出高效区附近可以通过压力脉动来反映机组波动性;叶轮进口压力脉动受叶片数的影响,主要以叶频为主,导叶出口压力脉动在1倍转频处幅值最大,受导叶片数影响不大;混流泵装置最优运行区域为最优扬程的0.75~1.15倍区域,运行扬程超出这个范围,压力脉动峰峰值明显增大。     

混流式核主泵压力脉动特性预测与分析

由于结构和运行工况的原因,混流式核主泵流道中的压力脉动比普通混流泵更为复杂,掌握其流道中的压力脉动特性及在不同运行工况的特征对于满足设计的高可靠性和保证运行的安全性都很有必要。为寻找引起压力脉动的主要因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响,在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,对5个典型工况下叶轮和空间导叶流道中不同部位的压力脉动时域与频域特性进行深入分析。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行工况的流量,在设计工况运行其压力脉动的幅值最低;对于采用球形压水室的流道,压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行流量的减少,因球形压水室的几何形状影响会产生涡流和回流,导致叶轮内的中高频脉动幅值增大,若流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大流量工况的压力脉动影响很小,但对小流量工况下的压力脉动影响较大,而且导致频率特性更为复杂。     

单相流煤层气井井底流压预测方法研究

为了准确地预测单相流煤层气井井底流压,基于流体稳定流动能量方程,建立了煤层气柱段压差和液柱段压差的数学模型.依据铁法煤田试井时地面录取的资料,预测了单相流煤层气井不同生产时间的井底流压,并将计算结果与Cullender-Smith等方法进行对比和分析.结果表明:煤层气井底流压不仅包括气柱压差,而且包括井口套压和液柱压差,预测时要考虑煤层气偏差系数和管内摩阻随管段增量变化的影响,当井深小于1000m,沉没度小于30m,产水量小于10m3/d时,预测值与实测值间的误差较小,相对误差小于1%,具有较高的精度.井底流压充分反映流体的渗流压力特征,压力平方差由0.488MPa2调整为0.891MPa2后,产气量由3270m3/d提高到6112m3/d,降低井底流压,可有效增大生产压差,利于气体解吸,提高煤层气井产能.     

混流式核主泵压力脉动特性预测与分析（英文）

由于结构和运行工况的原因,混流式核主泵流道中的压力脉动比普通混流泵更为复杂,掌握其流道中的压力脉动特性及在不同运行工况的特征对于满足设计的高可靠性和保证运行的安全性都很有必要。为寻找引起压力脉动的主要因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响,在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,对5个典型工况下叶轮和空间导叶流道中不同部位的压力脉动时域与频域特性进行深入分析。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行工况的流量,在设计工况运行其压力脉动的幅值最低;对于采用球形压水室的流道,压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行流量的减少,因球形压水室的几何形状影响会产生涡流和回流,导致叶轮内的中高频脉动幅值增大,若流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大流量工况的压力脉动影响很小,但对小流量工况下的压力脉动影响较大,而且导致频率特性更为复杂。