某换流变压器压缩空气泡沫灭火系统管网输送特性研究

为了深入研究压缩空气泡沫灭火系统（CAFS）管网内多相流体输送特性，利用Fluent数值模拟软件,对保护换流变压器的某压缩空气泡沫灭火系统整个管网流动输送过程进行了仿真计算。在保证数值模拟准确性的基础上，分析了管网中直管段、弯头、三通等典型区域处的流体表观黏度与压力变化。研究发现，管网内流动的压缩空气泡沫流体由于其自身参数在流动过程中会发生变化，管网的压降变化会受到发泡倍数和流量等多种因素的影响。     

集中空调水系统减阻流体性能研究

结合实验对CTAC减阻流体在流道中的减阻性能作了测试，分析了温度、浓度、配比变化对流体减阻性能的影响；应用激光相位多普勒测速仪测量了流体的速度场。研究发现，加入减阻剂后流体的减阻率可达67％，具有明显的节能效果。     

圆台间流体流动的数值模拟

同轴旋转圆台间流体流动在化学工程和流体力学中有着重要的研究意义。本文对同轴旋转圆台间流体的运动做了数值模拟，重点研究了流体的压力和流速等相关性质。将模拟的数值结果进行处理，画出流体压力和流速关于旋转轴Z轴的关系图。结果表明：在低雷诺数时，内圆台旋转、外圆台固定，流体的流动状态是稳定的层流；当内、外圆台同向或者异向旋转时，只要保持低雷诺数，流体就也仍是稳定的层流；并且当内外圆台同向旋转时，压力和速度的值变化斜率较大，外圆台固定时的压力和速度的值变化斜率较小。     

集中式空调水系统减阻流体性能研究

结合实验对阳离子表面活性剂（CTAC）减阻流体在流道中减阻性能作了测量，分析了温度、浓度、配比变化对流体减阻性能的影响。同时应用激光相位多普勒测速仪测量了流体的速度场。研究发现，加入减阻剂后流体的减阻率可达67％，具有明显的节能效果。     

用空化数判定泵系统流体的空化断流

在应用计算空化数推断流体空化理论基础上，建立了重力场中的空化数计算式，结合泵系统边界条件和压力变化特点，探讨了不同工况运行时系统各部分发生流体空化（断流）的判别方法．     

滑溜水在页岩纳米级孔隙的表观渗透率分形模型

为研究页岩基质孔隙表观渗透率,借助分形统计方法描述页岩孔隙复杂形态,构建页岩基质纳米级孔隙的表观渗透率模型,探讨分形参数、工程参数、流体性质与毛管力效应等因素对表观渗透率的影响。结果表明,流体性质的变化对滑溜水在页岩纳米尺度孔隙中的流动形成附加阻力,毛管力效应形成驱动力,温度与孔隙度同时影响流体性质与毛管力效应。流体性质的变化与毛管力效应同时影响表观渗透率,毛管力效应变化所带来的影响大于流体性质变化所带来的影响。研究结果对滑溜水的返排与气井生产的稳定性与长效性具有理论指导意义。     

边缘检测技术在确定流体包裹体迹线中的应用

岩体裂隙中大量存在着流体包裹体，它们是流体包裹体迹面和流体包裹体迹线的组成成分。具有不同几何和形态参数的微观成分和显微构造记录岩体变形和破坏过程的重要信息。把冷热台中显微镜摄得的数字图像作为原始图像并转换成相应的灰度图像，采用四叉树分解和区域分割等方法把整个图像分解成多个子块，使用拐点与导数判定等方法检测流体包裹体，使用膨胀与腐蚀等数学形态学方法判定包裹体边界，经过重新定位后得到单个包裹体在整体坐标系中的位置信息，根据包裹体几何参数与最小二乘法获得了流体包裹体迹线及其形态和几何参数。这些处理过程均通过编制的应用程序在计算机中自动实现。由于流体包裹体迹线反映岩体中显微裂隙的一些特性、显微构造与宏观构造又具有一定的成生联系，因此，研究结果将为研究岩体地区各种地质现象变化过程的微观机制提供较好的理论基础。     

油藏多相流体渗流流-固耦合数学模拟研究

实践表明，油藏开发将引起应力场的变化、导致岩石发生变形、改变储层的渗储特性，进而影响产量。为反应这一问题，建立了油藏流-固耦合渗流模型，并考虑了以下因素：多相流体，油藏岩石变形，地应力、孔隙度和渗透率变化，流体渗流与岩石应变耦合等。导出的控制方程是基于流体孔隙压力、饱和度以及岩石质点位移的非线性方程。由于互含参变量，不能直接求解，采用有限差分方法将流体渗流和岩石应变方程离散成主对角占优的7对角矩阵，采用隐式迭代方法求解。示例分析说明，本模型可用于研究应力、应变、孔隙度和渗透率的动态变化规律以及可能对生产造成的影响。与其他模型对比结果显示，本模型更接近于实际情况。     

弯管内减阻流体参数沿程变化模拟分析

为了研究减阻流体流动参数在弯管内的变化,利用Fluent软件对90°弯管内不同雷诺数下的黏弹性流体和水进行数值模拟。通过网格无关性验证及流动规律变化情况验证了几何模型和FENE-P黏弹性模型的可靠性。结果表明:黏弹性流体取得了一定的减阻效果,减阻率在弯道部分降低且沿程波动;流体减阻率随雷诺数的变化而变化,在临界雷诺数处减阻率最大;2种流体的壁面压力系数沿程减小,弯道部分的压力系数外侧明显高于内侧,其静水压强由外而内逐渐递减;弯道改变了轴向流速分布,外侧减阻流体流速远小于水,内侧则相反。     

气液二相流体裂缝渗流规律的模拟实验研究

l引言气液二相流体的渗流问题是石油、天然气开采、地热开发、煤层气开采、煤炭地下气化和环境工程等极其广泛的工程领域普遍存在的问题。气液二相流体的渗流是典型的不溶混流体渗流问题。同时,由于气体为可压缩流体,在渗流过程中,随着渗透压力的变化,其气体表现了剧烈的体积变化,因而也表现了二相流体剧烈的体积变化及其相对饱和度的变化,在孔隙与裂缝中,气液二种不溶混流体表现出相互阻碍制约的复杂渗流形态。可以说是一类极其复杂的渗流问题。由于问题本身的复杂性,致使这一问题在国内外均研究很少,关于二相流体渗流问题的研究…     

水力压裂时岩石破裂压力数值计算

 以多孔介质流体渗流与岩石应力–应变耦合理论为基础,推导水力压裂时岩石破裂压力数值计算方程,提出一种全新的岩石破裂压力计算方法。该方法考虑岩石变形与流体渗流的全耦合作用,采用有限元法数值计算技术,能模拟计算流体向地层渗滤情况下井眼周围地层有效应力的时空分布,因此,该方法不但能求得岩石的破裂压力,还能同时求得岩石的破裂时间。建立的破裂压力数值计算理论克服传统破裂压力解析计算方法的许多不足,如无法精确计算井眼周围孔隙压力的升高导致应力集中加剧对破裂压力的影响,无法计算地层破裂的确切时间等问题。该计算理论的建立,实现岩石破裂压力数值计算的突破和计算精度的提高,为水力压裂时岩石破裂压力的计算找到了新的理论和方法。     

岩石渗流应力耦合特性研究

综合起来,已有岩石渗流应力耦合特性的研究方法有3种:(1)直接通过渗流应力耦合试验得到渗透系数与应力、应变关系的经验公式;(2)根据已有的耦合试验研究的成果设定耦合特性关系式的函数形式,采用力学方法推导函数式中变量的表达式,确定耦合特性关系式;(3)以各类模拟渗透现象的物理模型为基础,利用力学工具建立耦合关系式。根据这3种研究方法对研究成果进行划分,作了较系统的归纳和介绍,对各类成果的合理性及应用情况进行了评述。最后展望了岩石渗流应力耦合特性方面的研究前景和发展方向。     

钻井液浸泡对库车组泥岩强度的影响及应用研究

 通过岩石三轴抗压实验研究包含在用钻井液体系在内的多套钻井液体系对库车组泥岩强度特性的影响。在已有钻井液性能评价方法的基础上,结合泥岩受不同钻井液体系浸泡24 h后所表现出的应力–应变规律及浸泡前后岩石力学性能、岩石变形和破坏规律,对现用钻井液体系进行筛选和优化研究,获得对该泥岩地层具有更好稳定作用的钻井液体系;通过对不同钻井液体系浸泡前后岩石的强度测试结果,计算分析不同体系下的地层坍塌压力变化,成果应用到现场钻井,稳定井壁及提速效果显著。研究表明：通过优化钻井液体系可以调整和改变泥岩地层的强度特性,最佳状态下的钻井液应该使泥岩浸泡前后表现出基本相同的应力–应变规律;在现有钻井液评价技术中引入岩石强度特性研究成果,不仅将泥岩与钻井液的化学力学耦合作用主动地引到钻井液体系的优化设计当中,而且为从源头上遏制钻井液与目标泥岩地层之间可能出现的化学力学耦合作用对泥岩地层井壁稳定带来的不确定影响奠定了理论基础和方法基础;把钻井液体系设计与优化和井壁力学稳定性相结合,为获得钻井目标泥岩地层坍塌压力,实现低密度钻井液安全、高效钻井奠定了基础;泥岩与不同钻井液体系接触后表现出的变形破坏规律是泥岩地层钻井液稳定井壁性能优化的重要依据,根据泥岩浸泡前后应力–应变特征的研究可以实现对钻井液性能的评价和优选。     

循环荷载作用下层状节理岩体锚固效果的物理模拟研究

运用物理模拟方法，研究了在循环荷载作用下层状节理岩体非锚固与锚固模型的弹性模量E随岩体分层厚度h和块度α(岩块体积的立方根)的变化规律。试验的16个模型是层状和层状节理岩体非锚固与锚固模型各4个。得出的结论是：层状与层状节理岩体非锚固模型的E随h或α呈指数规律变化。层状与层状节理岩体，在第1加载循环时E随h或α呈对数规律变化：在循环加载时E随h或α呈线性规律变化。在非锚固条件下，岩体发生由表及里的层裂破坏，而锚固使层裂破坏得到了有效控制，模型破裂后仍具有良好的整体承载性能。岩体的h和α越小，锚固效果越好。高应力条件下对层状与层状节理岩体的锚固必须强调各锚固件的强度和锚杆的预紧力。     

二维裂隙岩体渗流传热的离散裂隙网络模型数值计算方法

 针对裂隙岩体渗流传热问题,用解析方法,比较2种不同岩石基质与裂隙水界面热交换假设下的计算结果,对一般裂隙岩体,2种假设下的计算结果相同。基于离散裂隙网络模型的思想,在商业有限元软件COMSOL中实现一种计算已知裂隙网络的裂隙岩体渗流和传热过程的数值方法,该方法可以同时计算岩石基质与裂隙中的渗流和传热过程及二者间的交换,并与解析解比较进行验证。用该方法对一随机生成的二维裂隙岩体进行计算,得到的出口温度曲线,可以反映裂隙岩体渗流传热的早期热突破和长尾效应等特点,并分析岩石基质渗透率、热传导系数的不同取值对裂隙岩体渗流和传热过程的影响。     

含夹层盐岩双重介质耦合损伤模型研究

针对中国地下油气储库建设中所出现的含夹层盐岩问题,考虑夹层和盐岩层之间存在地质界面,采用以节点位移和孔隙压力为自由度的界面单元来模拟水力损伤造成的地层界面的开裂、扩展和流体渗漏;并基于多孔介质流–固耦合理论,建立含夹层盐岩双重介质耦合损伤模型。该模型克服了等效连续介质模型不能正确反映地层界面的渗流问题,又克服了双重介质模型不能考虑地层界面开裂问题。在此基础上,采用数值模拟技术,研究高压流体在泥岩夹层与盐岩的界面渗透及其开裂扩展特征,结果表明,高压流体沿腔体围岩渗漏过程中,含夹层盐岩界面呈扇形状张开,沿界面通道流体压力逐步降低。因此,在层状盐岩储库运营过程中,要严格控制腔体压力,避免在含夹层盐岩分层界面上产生油气渗漏,保持腔体的致密性及稳定性。     

低渗透岩石非线性渗流规律研究

通过大量的实验研究表明，流体在低渗透岩石中的渗流不同于在中高渗透岩石中的渗流，主要表现在低渗透岩石由于孔隙微细，固液界面作用明显，渗流曲线呈现明显的非达西渗流特征。通过理论分析，建立了描述低渗透岩石非线性渗流的运动方程，给出了确定出现非达西渗流临界条件的方法，最后利用实验数值验证了所建立的方程的正确性。     

岩石节理剪切渗流耦合试验及分析

节理岩体内渗流的发生主要是通过断裂节理网络产生,节理面的几何特性和受力特征决定和影响着节理裂隙的渗透性质,从而极大地影响着水下隧道及地下硐室中的渗流。应用自行研制开发的试验设备(岩石节理单一剪切-渗流试验机(SMT-E-4010)),在恒定法向荷载和恒定法向刚度的边界条件下,对不同接触状态下的岩石断裂节理试件分别进行一系列节理的剪切渗流耦合试验,研究剪切过程中力学性质、水力学性质的变化情况;同时,结合立方准则对试验数据进行分析讨论。试验结果表明:节理力学性质,水力开度和透过率在剪切过程中呈现出两阶段的变化性质。     

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和-非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响.因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的--DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例.计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大.仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践.     

Experimental study of the hydro-mechanical behavior of rock joints using a parallel-plate model containing contact areas and artificial fractures

In recent years, geological disposal of radioactive wastes is considered to be the most promising option, which requires the understanding of the coupled mechanical, hydraulic and thermal properties of the host rock masses and rock fractures. The hydro-mechanical behavior and properties of rock fractures are usually determined by laboratory experiments on fracture specimens that serve as the basic building block of the constitutive models of fractured rock masses.Laboratory testing of rock fractures involve a number of technical issues that may have significant impacts on the reliability and applicability of the testing results, chief among them are the quantitative estimation of the evolutions of hydraulic transmissivity fields of fractures during shear under different normal constraint conditions, and the sealing techniques when fluid flow during shear is involved. In this study, a new shear-flow testing apparatus with specially designed fluid sealing techniques for rock fractures were developed, under constant normal load (CNL) or constant normal stiffness (CNS) constraint. The topographical data of all fracture specimens were measured before testing to constitute the geometrical models for simulating the change of mechanical aperture distributions during shearing. A number of shear-flow coupling tests were carried out on three kinds of rock fracture specimens to evaluate the influence of morphological properties of rock fractures on their hydro-mechanical behaviour. Some empirical relations were proposed to evaluate the effects of contact area and surface roughness on the behavior of fluid flow through rock fractures.