川气东送管道模拟仿真软件研发

随着川气东送管道工程等国家重大天然气管道工程的启动,研发具有自主知识产权的管道模拟仿真软件势在必行。以“川气东送”工程为背景,采用连续性方程、动量方程、能量方程、SHBWR真实气体状态方程建立了较真实反映管内气体流动的静、动态数学模型,并分别采用四阶龙格-库塔法及隐式中心有限差分法进行数值求解;分析给出了管道多种工况及静（动）态调峰能力计算、动态预测模型。在以C++builder 6.0为开发工具,有机地吸取工控软件与计算软件各自的优势,及数据库、图形化编程理念的基础上,编制了川气东送管道模拟仿真软件。利用TGNET软件及设计资料,完成了软件部分核心程序的验证,并分析了计算结果。实践证明,软件可信程度高,具有较高的工程应用价值。     

GERG气体摩阻系数方程及其显式化公式

预测天然气管道中天然气的流动,一个关键的问题是为摩阻系数λ的计算选择合适的公式,Colebrook-White方程并不是一个适用于所有流态的普适化摩阻系数计算公式。介绍了新的气体摩阻系数GERG方程,该方程的适用范围较宽,计算时在一定情况下可以替代著名的Colebrook-White方程、Zegarola关联式;并可根据已知的数值,通过调整方程的参数,得出目前所有典型摩阻系数方程给出的计算值。但GERG方程为摩阻系数λ的隐式方程,求解过程较复杂,因此提出了该方程的显式形式,显式公式的验证计算表明:新公式的精确度较高,计算时间相对较短,可避免隐式方程求解的迭代算法。     

基于IMPES方法的可动凝胶调驱快速模拟研究

可动凝胶调驱数值模拟过程中计算流体的流动涉及到复杂的物理化学过程,同时如果再考虑毛管力和重力的作用,则模型每一时间步的计算工作量都是相当巨大的.在建立起可动凝胶调驱的油水两相八组分数学模型的基础上,引入Douglas分数步预测-校正格武,将三维模型中压力方程的隐式求解问题简化为一维隐式求解问题,在保证求解稳定的基础上,大大提高了运算速度.引入Brian分数步预测-校正格式求解饱和度方程,确保了饱和度方程求解的稳定性和高精度,从而实现了可动凝胶调驱模型的快速准确求解.     

高维波动方程数值模拟的隐式分裂有限差分格式

波动方程数值模拟的有限差分格式有隐式差分格式和显式差分格式两种，各有优点和缺点。针对高维波动方程提出了一种新的隐式分裂有限差分格式。其基本原理是：首先将高维波动方程按传播方向分解为一系列的一维波动问题，然后分别沿各方向隐式求解。该格式包含了X，Y，Z三个方向相互独立的一维隐式差分格式，每个方向的一维格式在数值离散后归结为一个三对角矩阵问题，可以用追赶法快速地求解。将该格式从时间一空间域变换至时间一波数域，证明此格式可以通过适当地选取参数来提高计算精度，保证计算过程的稳定性和与八阶显式差分格式同样的频散特性。脉冲响应数值计算表明，隐式分裂有限差分格式与显式差分格式相比数值频散小，频散误差接近，频散关系平滑。盐丘模型数值计算表明，隐式分裂有限差分格式与八阶显式差分格式具有同样的频散特性，但减少了计算量。     

煤层气开采过程中储层压力变化预测

以分析煤层气开采过程中流体在基质和割理中的运移规律为基础,建立煤层气在不同地层环境下运移的数学物理方程,并采用古典隐式差分法求解煤层气平面径向一维渗流方程式。根据山西延川南工区实际生产数据,用所建模型预测储层压力变化,计算结果表明模型可以模拟煤层气开采中在某一产量下不同生产时间段储层压力变化规律,为生产中工作制度的制定提供了科学依据,研究对煤层气开采有参考意义。     

消息传递接口在声波方程正演中的应用

声波方程正演在地震资料采集、处理、解释与反演中均发挥重要作用,但现有的基于求解地震波动方程的正演算法由于受庞大计算量的制约而难于大规模应用于工业生产。从声波方程出发,研究了利用有限差分法并行求解该方程的基本思路与方法,给出了适于并行求解的计算空间划分方法,分析了不同参数条件下并行程序的运行时间、加速比与效率,引入消息传递接口（MPI）实现了声波方程的并行求解,极大地提高了数值求解声波方程的计算效率。     

显式Colebrook—White摩阻系数方程

Colebrook—White方程为计算流体摩阻系数／。的隐式方程,使用迭代算法计算耗时长,不方便。,为了解决这一问题,采用多个数学软件求解。在使用MATLAB、Mathematica、Maple等数学软件直接求解Colebrook—White方程时,方程的一部分被表示为LambertW函数、WrightOmega函数或ProductLog函数的形式,得到的结果无法直接应用于工程计算,实际应用意义不大。为此,研究数值算法,提出新的迭代方程,推导出了新的适用于所有雷诺数的显式Colebrook—White方程。应用该方程对多个已有的显式Colebrook—White方程进行计算精度和计算时间的对比分析,新方程具有计算时间短、精度高、计算简便的优点。     

利用ABAQUS／Explicit进行三辊弯板机板材成形数值模拟

用于板材成形模拟的有限元方程的求解方法主要有隐式积分和显式积分两种。对于复杂的三维变形分析,如板材成形,隐式方法需要很长的计算时间,而利用显式方法,计算时间大为缩短。利用ABAQUS/Explicit通用有限元程序对三辊弯板机板材成形过程进行了模拟,模拟结果对板材成形的生产实践具有很好的指导意义。     

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天然气在管网中不稳定流动问题可以采用各种数值解法并借助计算机来进行有效的分析。目前最广泛采用数值法有特征线法、显示法和隐式有隐差分法等。与隐式法相比，特征线法和其它显示法的主要优点在于用它们能对各种边界条件进行显示处理，并只需较小的计算机存贮容量，但其时间步长和管段步长的比值要受到一定稳定条件的限制，这使得时间步长只能取得很小，如果分析过程较长，就需消耗很长的计算时间。而隐式法优点在于用它能采用较长的时间步长，并能保证计算结果的精度和稳定性，这就相应地减少了计算次数，但不足于当分析的管网较大时，由于每一步要求解大型的非线性方程组，因此需要较多的计算机容量和花费较长的计算时间。为了克服这些方法的缺点，文章通过揉合特征线法隐式法，提出了一种综合法，由此研制出的软件包克服了上述不足，并对四川几条管网系统进行了模拟，其计算结果与测量数据符合。     

定向井有杆抽油系统动态参数数值预测

基于定向井抽油杆柱微元体受力分析,综合考虑井眼轨迹、抽油杆柱结构,计入杆液管粘性摩擦和定向井井斜造成的杆管库仑摩擦,建立定向井有杆抽油系统工况预测数学模型,并采用隐式差分与显示差分结合的方法求解预测模型。实例计算表明,这种数学模型能够准确预测定向井有杆抽油系统动态参数。     

定向井有杆抽油系统动态数值仿真与预测

在建立定向井有杆抽油系统的预测数学模型时 ,计入了杆液管粘性摩擦和定向井井斜造成的杆管库仑摩擦 ,同时考虑了实际泵况对系统的影响。在系统非线性运动微分控制方程的解法上 ,为提高精度和速度 ,采用隐式有限差分形式表述同级抽油杆柱的非线性运动微分控制方程 ,而对不同杆柱级间边界节点的非线性运动微分控制方程采用变单元的显式有限差分表示 ,组成定向井动态参数预测数学模型的差分方程组 ;运用迭代法求解此差分方程组 ,得到系统各截面及悬点的示功图 ,进而计算系统的各动力学参数。开发软件计算结果表明 ,该软件的预测结果与实测数据吻合 ,预测精度和速度都得到提高     

预测有杆泵抽油系统参数的新方法

介绍了固定于质量为零的基础之上、并随基础上下运动的抽油杆柱纵向振动的一维有阻尼波动方程，应用振型叠加法求解了抽油杆柱波动方程，从而可将偏微分方程的数值解转化成常微分方程组的数值解，并以单级杆柱为例阐述了周振型叠加法求解抽油杆柱波动方程的全过程。由于常微分方程组数值解的特点，上述方法可以很方便地模拟井下泵的边界条件，且适用于不同材料的组合杆柱。应用结果表明，这种方法具有运算量少、节省计算机运算时间和预测精度较高等优点。     

用Stokes方程的差分方法制作合成地震记录

制作合成地震记录是进行波场识别、对比、波场延拓、参数识别与参数反演的必要手段。差分方法是解偏微分方程的有效而实用的方法，它的计算量小、精确度高。本文首次使用差分方法解变系数的Stokes方程以制作非均匀黏弹介质中地震波场的合成记录。结果表明，考虑了介质的黏弹性和非均匀性的地震模型更加接近于实际情况，可以避免地震解释中的误导。     

单程波方程的高阶逼近

利用地震波场分裂技术对二维波动方程进行单程波分解,很容易求解波动方程,能够达到求解精度;对低阶微分方程组中的上行波方程进行3种高阶逼近,可以实现大倾角以及任意倾角度的偏移。该方法克服了小倾角差分偏移的各种困难,实现了快速、准确的地震资料偏移的高分辨率处理以及地震波传播的数值模拟。文出的上行波方程的3种高阶逼近方程,是为了实现任意倾角的差分,具有计算方便、减少计算量等优点,是一种较好的地震资料偏移处理方法。     

波动方程的余函数反演方法

波速反演实际上是一种波动方程反演方法。目前所见的大部分反演方法都借助于积分方程求解。这方面的研究工作还处于探索阶段。本文以余函数为基础,给出一种新的波动方程反演方法。其基本思想是从波动方程出发,将其中波速视为参数,通过对方程进行傅里叶变换及变数变换,把波动方程化作一阶微分方程组,并对频率一波数域中非线性参数的方程实行变分,从而使方程线性化,然后利用余函数方法进行逐次迭代运算,求得速度参数的最佳估计值。此法运算过程比较简单,用理论模型试算,可得到较为满意的结果。     

三维波动方程P-R分裂偏移

本文提出一种新的有限差分三维波动方程一步偏移方法,称为P-R分裂法。该方法是将三维偏移方程在τ(或ζ)方向分两步分别以二分之一步长进行延拓。在前个步长内将关于x的二阶偏导数取成隐格式而将关于y的二阶偏导数取成显格式;为了保持对称性,在后半个步长内,将关于y的二阶偏导数取成隐格式而将关于x的二阶偏导数取成显格式,经一定的简化后,可以得到一个在形式上非常简单的三维差分方程。该差分方程具有两个重要特点：①比Clearbout分裂方法差分精度高,频散现象小;②该差分方程可以局部地分解成一系列二维求解方程,它比马在田四点平均算法求解方便,计算量小。实际处理结果表明,该方法能使倾斜反射波正确归位,断层和断点显示清晰可靠,从而在很大程度上改善了三维偏移剖面的质量。     

裂缝油藏三维油,水两相渗流的有限元方法

本文建立了一裂缝性油藏三维油，水两相的渗流模型。     

裂隙裂缝介质的弹性波模拟

由于裂隙裂缝介质的空间展布是任意的，因而有可能通过研究不同观测方位的弹性波波场来研究这类介质。文中使用了横向均匀介质模型及相应的坐标变换，建立裂隙裂缝介质模型。通过求解介质运动微分方程，获得了波的传播问题数值解。由数值例子表明，该方法能很好地模拟剪切波分裂等现，表明快慢剪切波的偏振方向与裂隙裂缝方向有着密切的关系。