非Newton流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的速度分布

本文建立了双极坐标系下非Newton流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的控制方程；并以HPAM水溶液为例，用有限差分法对控制方程进行了数值求解，绘制了这种流动的速度分布曲线；分析了环空内外管的偏心距、环空内管的冲程和冲次对流体在偏心环空中速度分布的影响。分析结果表明：随着环空偏心距减小，最宽和最窄间隙处的流体速度分布越来越接近；随着环空内管的冲程和冲次的增加，环空内管的轴向往复运动对流体速度分布的扰动增大。     

幂律流体在偏心环形空间中轴向层流的速度分布

本文从流体运动的基本方程出发,研究了幂律流体在偏心环形空间中的轴向层流流动规律。与前人的工作相比,本文在处理流体运动微分方程时考虑了T_(rz)/r项;而且没有假设速度分布对称于环空间隙的几何中心。     

水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟

偏心环空流动的均匀性在固井工程中有重要影响。通过实验对三种不同配方的水泥浆进行流变性分析,得到适合水泥浆的最佳流变模式是赫切尔一巴尔克莱(H-B)模式。应用Fluent软件对外径0.24 m(9 1/2”),内径0.18 m(7”)的环空井筒内水泥浆流动进行了数值模拟,得到了偏心度、流速以及流体的流变参数对流动不均匀度的影响规律。模拟结果表明,偏心是引起环空流动不均匀的主要原因。随着偏心度的增加,流动均匀性降低;另外,提高流动速率以及降低流体的屈服应力、稠度系数和流性指数有利于环空流动的均匀性。     

屈服假塑性流体轴向同心环空中速度及温度分布研究

赫谢尔-巴尔克莱(Herschel-Bulkley)流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多采用其描述钻井液的流变性。本文将非牛顿流体动量方程、能量方程与H-B流体的本构方程相结合，推导出了流体在轴向同心环空中的速度及温度分布公式。数值研究结果表明，由于H-B屈服应力的作用，轴向同心环空内存在柱塞流动，柱塞的大小与H-B屈服应力孔成正比，与单位管长压力降Δp^*/L成反比。在其它相同条件下，柱塞速度随环空尺寸的增大而增大。随着流变指数L的增大，流核速度变小。柱塞内温度呈对数曲线变化，柱塞外侧温度与内侧温度不相同，从柱塞边界到管壁，温度逐渐减小。越靠近管壁，温度降低幅度越大。     

偏心环空层流螺旋流动的近似解析解

本文分析计算了石油钻井工程偏心环空中内管转动的螺旋流动，将偏心环空的三维流动简化为环空薄层内的二维流动，从黎曼空间曲面张量表达的动量方程出发，求得了偏心环空层流螺旋流动速度的近似解析解。用此方程的同心环空表达式与精确解比较，精度较高。     

幂律流体偏心环空螺旋流中的二次流问题

本文建立了幂律流体偏心环空螺旋流的控制议程，并用有限差分法对其数值求解。结果表明：幂律流体偏心环空螺旋流中存在二次流动、最后，还对这种二次流做了分析。     

幂律流体偏心环空螺旋流中的二次问题

本文建立了幂律液体偏心环空螺旋流的控制议程，并用有限差分法对其数值求解。结果表明：幂律流体偏心环空螺旋流中存在二次流动。最后，还对这种二次流做了分析。     

大斜度井注水泥顶替界面理论模型分析与数值求解

保持注水泥顶替界面稳态可有效保证注水泥顶替效果。该文以非牛顿流体在井眼环空流动特性为基础,参考顶替界面处的连续性条件,对建立的偏心环空注水泥顶替界面理论模型进行分析和有限差分求解。结果表明:在大斜度井内,一定的套管偏心可抑制水泥浆在环空低侧宽间隙内的突进,有利于保持顶替界面的稳定。该模型适用于不同井斜角条件偏心环空内的注水泥顶替界面形态,可为注水泥顶替参数和流体性能参数优化设计提供一定的理论依据和参考。     

单裂隙渗流有限元数值仿真研究

根据蠕动流方程和Navier-Stokes方程,建立了单裂隙微凸体粗糙裂隙几何物理模型,并采用有限元方法对单裂隙微凸体粗糙裂隙及真实地层裂隙进行仿真模拟,研究了流体在通过上述裂隙时流速场分布及流速特性。规定了两个描述粗糙程度的参数：粗糙相关度R0=2A/bmin,粗糙倾斜指数R1=2A/λ。分析表明,单裂隙壁面处流体不参与流动,粘滞力影响较大;粗糙裂隙流场沿壁面成扇形分布,会产生＂回流＂现象。微凸体高度及密度可表征裂隙表面粗糙程度,微凸体高度与流体压差呈负相关,微凸体密度与流体压差呈正相关,R0和R1都与雷诺数及流量成反比关系,R1的临界值为0.714。     

大位移水平井钻井岩屑速度分布模拟分析

该文基于水平井段岩屑运移实验,引入三参数的赫巴流体流变模式,使得计算结果与实际更为接近;通过数值模拟得到了钻井液黏度、密度、流速、钻杆旋转和偏心对岩屑速度分布的影响规律。计算结果表明:增大钻井液密度有利于岩屑运移,为了更好地提高岩屑速度,钻井液密度应高于1300 kg/m3;随着钻井液黏度的增大,环空窄间隙岩屑颗粒的运移速度也随之增加,特别是当黏度高于30 m Pa·s时,增加效果明显;岩屑颗粒运移,存在一个临界流速,在该算例条件下,当泵排量高于14 L/s时,岩屑速度增加明显;由于钻杆的旋转作用使得环空流体产生了切向速度,钻杆不旋转岩屑最高速度为0.395 m/s,建议钻杆转速应高于80 r/min;偏心度为0.2的情况下,窄间隙环空最大速度从1.145 m/s下降到0.831 m/s,当偏心度增加到0.8时,岩屑速度只有0.437 m/s,为了能够充分提高携岩运移速度,偏心度尽量控制在0.5以内。文中还回归了适合于大位移水平井的岩屑床厚度计算公式,得到了岩屑床运移速度分布规律。     

VISCOUS FLOW BEHAVIOR IN A CURVED ANNULAR DUCT

ＶＩＳＣＯＵＳＦＬＯＷＢＥＨＡＶＩＯＲＩＮＡＣＵＲＶＥＤＡＮＮＵＬＡＲＤＵＣＴ￥ＺｈａｎｇＢｅｎ－ｚｈａｏ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）ＦａｎＤａｂ－ｎｉｎ...     

异重流和均质流动的一些相似关系

本文通过引入密度变化率ε，给出了异重流和均质明渠流之间的一些相似关系，将分层流基本方程、微波流速、急缓流判别、内水跃共轭水深、分层取水流量等给出了在形式上与均质流体对应公式一致的计算公式，使分层流算式变得简单明确，便于应用。本文最后还给出了一些计算实例。     

环形波纹钢管涵洞式鱼道水力特性数值模拟

环形波纹钢管涵洞式鱼道内波纹的粗糙度可以使边界附近产生足够低的流速,鱼类可以由此游向上游。对3种流量0.05,0.07,0.09 m3/s,3种埋深0D,0.1D,0.2D,坡度0.4%工况下,环形波纹钢管涵洞式鱼道内水面线、流速场和紊流场分布分别进行了数值模拟研究。结果表明环形波纹钢管涵洞中,高流速区（无量纲流速大于0.9）位于涵洞过水断面中心区域,高紊流区（紊流强度大于0.2）位于水面中心附近。在涵洞底部边壁附近较大区域内,由于流速较小,紊流强度也较低（紊流强度小于0.1）,鱼类可以由此顺利完成上溯。相比无埋深式涵洞,嵌入式涵洞内平均流速较小,紊流强度变化较为平缓,更有利于鱼类的洄游。     

单边突扩浅水回流水流结构研究

试验资料表明,回流段流速及底部切应力横向分布沿流向呈自相似性。根据相似原理,水深平均方程可化为常微分方程,经求解获得了无量纲速度剖面公式。验证表阴,速度剖面公式不仅适用于垂线平均流速剖面,而且也适用于沿水深各流层速度剖面。利用速度剖面公式计算的垂线平均流速场与实测值符合较好。拟合了无量纲切应力剖面公式,探讨了主回流区阻力分布规律。 此外,还分析了影响回流长度的因素,建立了回流长度经验公式。     

气液两相流压力波动特性

压力波动是两相流动的固有特性，研究波动规律对实现两相流动的智能监测有重要意义。本文采用统计学原理和确定性混沌学中的分形理论，对垂直上升空气水两相流的壁面静压力波动过程进行了研究，分析了表观液速对统计特征和分形特征的影响规律，首次发现环状流内高气速时压力波动的分维数大于1．5。     

治导建筑物绕流机理及其下游流场的探讨

本文分析了治导建筑物的统流机理,建立了二维流动模式。前人的研究及笔者的试验资料均表明,治导建筑物下游流速分布呈自相似性,根据相似原理,二维沿水深平均的Reynolds方程可转化为常微分方程,这样就得到治导建筑物下游流速分布式。宽浅明槽中的试验表明,该流速分布式的计算结果与实测值吻合。     

流动空气与风力发电叶片作用特性研究

流动空气与风力发电叶片作用特性是风力发电叶片设计的基础,是风力发电领域研究的难题。长期以来以动量-叶素理论为基础,以流过风力发电叶片空气流场为对象,相继建立了叶片优化设计的Schmitz方法、Glauert方法、Wilson方法和CFD方法等。但流经叶片过程中的空气对叶片作用的特性仍有许多问题需要亟待解决和深入研究。为此,论文应用伯努利方程推导了环状流动空气流过风力发电风轮时传递给风轮的能量计算解析式;应用动量矩原理推导了环状流动空气流过风力发电风轮时作用在风轮上的力矩解析式;提出了流过风轮的环状空气向风轮释放功率的解析式,从而发现风轮正常工作时,流过风轮的环状空气向风轮释放的功率等于环状空气流量、空气密度、环缘处风轮的牵连运动速度及环缘处流出空气的绝对运动速度在此点牵连运动速度方向上投影的连乘积。为叶片截面轮廓曲线后边缘特征参数设置提供了参考。     

基于连续性扩散流的湿地表面水流动力学模型

受表面密生植被的影响,湿地表面流总是处于高阻力、低流速状态。湿地表面流的水流动力学方程中,其水流加速度项相对于地表高密度植被造成的高阻力项相比,可以忽略。由此,以水流连续性方程和忽略加速度项的水流动力学方程为基础,构建基于连续性扩散流的湿地表面流动力学模型。该模型是一个抛物型偏微分方程,相对于描述一般径流流态的圣维南双曲型偏微分方程组而言,其求解过程相对容易。模型中的表面流流量采用修正的曼宁方程描述,表面糙率采用已有经验公式,数值计算方法采用六点差分格式。模拟结果表明,该模型能够体现湿地表面流的高阻力、低流速特征。水深越浅,水流模式变化越慢,水深越大,表面流受植被阻力越小,水流模式变化越快。     

入汇主河的泥石流龙头运动机理研究

作者基于野外观测资料和模型试验，提出了泥石流与主河交汇的两种模式，即：有上下分层交汇和无明显分层的潜入式交汇。建立了潜入式交汇的泥石流龙头运动方程，并讨论了模型参数的取值。计算结果得到以下结论：当主河水流费劳德数比较小(Fr＜0.35)时，入汇主河泥石流龙头在主河的运动速度近似以线性减速，且与试验值吻合较好；混合流粘滞系数和绕流系数对龙头运动速度影响较大；泥砂沉降速度对龙头内部体积比浓度有显著影响。