灌浆压力测量误差的正交试验分析

灌浆规范中的灌浆压力是作用在灌浆岩体上的孔内灌浆压力。由于工艺的约束,现行灌浆监控过程常用孔口压力表示孔内灌浆压力,造成了灌浆压力的测量误差。针对非循环灌浆工艺,通过建立流体管道流动模型开展数值计算,采用多因素多水平正交法探究灌浆压力误差受浆液配比、浆液流速、灌浆孔深的相对影响,并采用统计法来分析不同工况下的显著影响因素。研究结果表明：灌浆压力较小时,灌浆压力误差普遍较大;若此时灌浆孔深且流速较大时,灌浆压力的测量误差则会超过灌浆压力仪表0.5%的精度要求,须进行误差补偿。其次,极差分析结果表明灌浆孔深是造成测量误差的主要因素,灌浆流速是第二个主要因素。而综合所有试验结果,浆液流速和灌浆孔深接近时,浆液配比越小,绝对偏差越大。结合上述正交试验和数值模型获取了不同工况下孔内灌浆压力值。     

非对称压差下三角形微孔摩擦副的两向异性应用

加工有方向性微孔的平行摩擦副在不同运动方向有不同的摩擦性能,但缺少两向运动时,利用方向性微孔的两向异性去适配两向不同压差的研究。基于Fluent多相流空化模型,针对带有等边三角形微孔的平行摩擦副,建立了其中一个微孔周期的间隙流体的三维数值计算模型,研究了如何应用三角形的两向异性以减小摩擦系数。首先,使用了流动因子判定流动状态、网格无关性分析确定网格尺寸等方法,保证了数值计算模型的正确性。然后,描述了三角形微孔的两向异性,并解释了三角形微孔两向异性产生的原因是由于两向运动时的不同楔效应;随后,研究了运动速度和微孔深度对两向异性的影响;最后,在不同的两向运动工况下,将三角形微孔摩擦副的两向平均摩擦系数与圆形微孔的两向平均摩擦系数进行了对比。三角形微孔摩擦副的两向异性主要出现在压差较低的区域,摩擦系数差异最大可达31.68%;增大速度会使具有明显两向异性的压差区间增大;不同的孔深对两向异性的影响取决于孔深对动压的影响,孔深为3μm时效果最好;圆形微孔摩擦副的摩擦系数介于三角形摩擦副两向运动的摩擦系数之间,与正向运动时的三角形微孔摩擦副的摩擦系数最大相差17.96%;当两向运动时,应设计三角形微孔尖端朝向压差较低侧,利用三角形微孔的两向异性能够比圆形微孔摩擦副,最大减少13.3%的两向平均摩擦系数。     

修正湍流粘度的混流泵空化非定常分析

为了减少混流泵空化数值模拟误差和分析泵内空化压力脉动的特征,运用Zwart-Gerber-Belamri空化模型对混流泵的空化性能进行了数值模拟,分析了SST湍流模型和RNG湍流模型对混流泵空化数值模拟的影响,并利用湍流粘度修正后的RNG湍流模型对混流泵的空化性能进行了定常和非定常数值计算。研究表明,无论是在非空化时还是空化时,RNG湍流模型都比SST湍流模型计算的误差小;湍流粘度修正后,RNG湍流模型的误差进一步减小。通过对叶轮进出口和泵出口处的压力脉动进行监测和分析,发现叶轮进口处的平均压力最小,但波动最剧烈;各监测点处压力脉动的主频为叶轮叶频,并且主频的幅值随着进口有效汽蚀余量的减少而增大。     

考虑空化效应的微孔端面机械密封泄漏量计算及机理的研究

微孔端面机械密封泄漏量的数值计算方法和机理都不明确。基于质量守恒的JFO空化边界条件建立了微孔端面机械密封的数值计算模型。数值计算结果表明沿着泄漏方向的不同截面的流量并不相等,所以必须要选择合理的积分截面才能计算出正确的泄漏量。根据径向流量场、周向流量场和压力场的分析,讨论了沿着泄漏方向流量不等的原因,揭示了空化效应和动压效应形成高压区,造成泄漏方向流体沿周向运动,从而降低了泄漏量。最后给出了微孔端面机械密封泄漏量计算的公式和方法。     

考虑空化效应的微孔端面机械密封泄漏量计算及机理

针对微孔端面机械密封泄漏量的数值计算方法和机理都不明确,基于质量守恒的JFO空化边界条件建立了微孔端面机械密封的数值计算模型。数值计算结果表明沿着泄漏方向的不同截面的流量并不相等,所以必须要选择合理的积分截面才能计算出正确的泄漏量。根据径向流量场、周向流量场和压力场的分析,讨论了沿着泄漏方向流量不等的原因,揭示了空化效应和动压效应形成高压区,造成泄漏方向流体沿周向运动,从而降低了泄漏量。最后给出微孔端面机械密封泄漏量计算的公式和方法。     

具有多开孔长圆柱壳的强度分析

结合油田工程实际问题,研究不同形状的单个开孔及多个开孔对油井套管强度的影响。给出受外压情况下长圆柱壳开任意形状单孔问题的理论解,并分别对开单圆孔、单椭圆孔、多圆孔及多椭圆孔的长圆柱壳在受均布外压情况下的孔边应力进行有限元数值计算。计算结果表明,圆柱壳开单孔问题最大应力的数值解与理论解十分接近,长圆柱壳每米分布40个圆孔情况的强度比每米分布8个椭圆孔情况提高20%以上,因而较为合理。     

消能孔板空化特性的数值模拟

采用大涡模拟方法对消能孔板流场及空化现象进行了数值模拟,研究分析了消能孔板空化特性,计算所得的压力分布及空化特性与减压模型实验结果进行了比较,二者符合良好,计算结果表明,采用大涡模拟方法模拟空化是可行的,由于数值模拟不仅可以给出详细的流场物征,而且不受比尺效应影响,故可成为研究空化问题有力手段。     

表面圆柱形突体流动特性的数值模拟

数值模拟技术作为研究复杂流动问题的有效工具常被用于研究高水头、大流量泄洪洞内高速 水流问题． 采用该项技术对泄水建筑物过流壁面上圆柱形突体的水平二维和垂直二维流场进行了 数值模拟,分别考虑了不同高度圆柱形突体和不同掺气浓度对空化区内流动特性的影响,给出水平 二维和垂直二维的流速分布和压力分布,对圆柱形突体引发空化的水力特性进行探讨,并与在直流 式水洞中使用PIV 设备所采集的实测结果作了比较,结果表明,数值模拟能较好模拟因圆柱形突体 引发的空化现象．     

表面织构参数对径向轴承流体动力润滑特性的影响

为研究表面织构参数对径向滑动轴承流体动力润滑特性的影响,建立了基于经典雷诺方程的表面织构润滑计算模型,设计了具有不同分布位置和几何参数的长方体形状的表面织构,在施加雷诺边界条件的情况下使用有限差分法求解雷诺方程,分析了织构参数对轴承静态特性的影响作用,其静特性参数包括偏心率、偏位角、最大油膜压力、最小油膜厚度、摩擦力及轴承两侧泄油量。数值计算的结果表明:表面织构可以明显改变油膜压力的分布情况,尤其当织构分布在压力下降区和最大压力附近时;与光滑轴承相比,油膜的压力分布有显著的变化,通常分布在轴承上游的织构,可以使油膜压力的峰值增大。此外,织构在轴承表面的分布位置对轴承的其他静态特性有着不同的影响。     

喷射压力恒定条件下柴油喷孔内多相流脉动现象研究

欧拉多相流方法用同一组数值模型同时计算喷孔内、外流场,不需要人为设置喷孔出口流动参数。使用这种方法计算了放大尺寸的喷孔内、外瞬态多相流流场,并与试验结果进行了对比。计算中设定计算入口和计算出口压力不变。计算结果显示,喷孔内空化区长度和空气区长度、空化区下游的涡的位置、喷孔出口壁面附近空气速度矢量方向随时间波动,喷孔出口断面的压力也随时间波动,喷孔内多相流场参数的波动与喷孔出口断面压力波动对应。结果表明,喷孔出口流动边界突变产生的压力波向孔内的传播导致喷孔内流场产生周期性变化。此外,根据计算结果讨论了喷孔出口断面处压力、速度、空气体积分数分布等随时间变化的特点。     

微造型对滑动轴承摩擦学性能影响的研究

基于N-S方程,利用ANSYS中CFX模块,进行微造型滑动轴承计算流体力学(CFD)分析,着重讨论微造型的几何参数、密度、位置对滑动轴承摩擦学性能的影响。研究结果表明:适当减小微造型的深度或长度、适当增加微造型的宽度有利于增加轴承的最大压力和承载能力、减小轴承的摩擦系数;存在使得轴承承载能力最大或摩擦系数最小的最优微造型密度;在油膜最大压力附近布置微造型,更利于增加轴承承载能力、减小轴承摩擦系数。     

表面微造型对滑动轴承气穴影响的探究

基于Rayleigh-Plesset方程的气穴模型,研究了微造型对滑动轴承润滑剂中气穴分布规律的影响。为此,分别建立了具有不同位置、尺寸微造型的滑动轴承有限元模型,利用软件ANSYS 11.0着重分析了气化位置、气化面积和润滑剂蒸汽体积率的变化规律。计算结果表明:微造型布置在滑动轴承润滑剂气化区时,蒸汽体积率波动变大,气化面积变小;微造型的几何尺寸对气穴发生位置有显著影响;滑动轴承气化面积越大,其承载力越小,摩擦系数越大。     

波动载荷下静压支承油膜的数值仿真

为了进一步优化静压支承系统的设计并为其安全运行提供依据,根据实际工程中的液体静压支承系统,运用CFD-ACE+建立了系统中油膜的数值模型,并进行波动载荷下动态数值模拟计算.根据计算结果,并对比理论公式,详细分析了在波动载荷下油膜承载力与刚度的变化特性以及供油速度对其变化特性的影响.结果表明:惯性作用使油膜厚度及承载力对载荷变化的响应存在一定延迟,并且该延迟受供油速度影响;油膜承载力随厚度的变化关系在载荷增大与减小的过程中并不重合;油膜刚度在载荷达到最大值与最小值时最不稳定.     

气浮无摩擦气缸及气浮特性仿真

为了满足气动系统中高精度伺服控制对低摩擦气缸的需求,提出一种利用静压气体轴承作为活塞的新型无摩擦气缸. 针对轴承耗气量及径向承载能力难以准确建模的问题,构建一种基于有限元数值求解方法的轴承气膜压力计算方法. 利用该方法,分析轴承的结构参数及时变的环境参数对轴承气浮特性的影响.结果表明,在节流孔末端引入均压腔能够显著增加了轴承的径向承载能力,消除气膜中节流孔附近的压力尖峰,使轴承稳定性增强;供气压力、径向载荷和偏心率等时变参数对气浮特性的综合影响增加了简化活塞泄漏模型的困难. 为了后续对气缸进行控制,根据气浮特性仿真结果,提出一种基于特定径向负载假设下的泄漏量模型简化方法.     

轴向柱塞泵静压支承式配流摩擦副的分析与实验

本文对具有三角阻尼槽的平面配流摩擦副的静压支承油膜进行了理论分析和实验研究。并分析了油膜的静态和动态特性。还实测了摩擦副间形成的静态和动态油膜厚度,并与解析解和数值计算解进行比较,获得了很好的吻合。通过在不同压力和油温条件下的实验,分析了供油压力和供油温度不同时对油膜产生的影响。     

铝制板翅式油冷器单层水侧流动特性的数值模拟

利用Fluent软件对国内某泄漏失效的铝制板翅式油冷器和其改进型油冷器分别进行了单层水侧流体流动特性的数值模拟,结果表明：由于水侧结构设计不合理,造成流道流量分配不合理,导致水侧压力分布不均、形成局部压力过小区,进而发生气蚀现象导致油冷器泄漏失效。改进型油冷器水侧流道3流量分配较原油冷器提高了16.7%,流道4降低了15%,这也使得油进口、流道2、流道3及水出口端压力分布更优,可有效预防气蚀。     

入口雷诺数对静压油腔承载性能的影响

基于实验和数值模拟方法,研究了入口雷诺数为840～2 449时静压油腔的承载性能.利用PIV粒子测速系统实验研究了入口雷诺数变化对油腔内部流场结构的影响,与数值模拟结果吻合良好;数值模拟了不同入口雷诺数时油腔上壁面压强和壁面剪应力的变化.结果表明:随着入口雷诺数的增大,涡的位置逐渐靠近封油边,涡的范围逐渐变大;涡心位置与入口雷诺数有函数关系;入口喷射导致油腔上壁面中心处压强出现峰值,峰值之后的压强呈恒定分布;上壁面剪应力在上壁面正对入口边缘处出现峰值会导致油膜破裂.     

剖面浮标“浮星”可变浮力系统性能研究

为了提高柱塞泵的容积效率,针对可变浮力系统（VBS）中内油箱处于真空环境下的特殊应用工况,基于柱塞泵进油口压力与液压油饱和蒸汽压的关系,建立柱塞泵进油口压力数学模型,分析弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度对柱塞泵容积效率的影响;结合AMESim软件,重点分析VBS排油和回油的流量特性;为了验证仿真模型和计算结果的准确性,搭建VBS性能测试平台. 结果表明：当柱塞泵进油口压力低于液压油饱和蒸汽压时,容易发生气穴现象,柱塞泵的容积效率会明显下降;通过调节弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度等参数的取值范围,使进油口压力满足设计要求,可以提高柱塞泵的容积效率,降低剖面浮标的运行能耗,从而提高剖面浮标的续航能力.     

速度滑移对液静压轴承油膜微流动影响敏感度

为了使液体静压轴承油膜性能的研究更加准确,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和有限差分方法,研究了液体静压轴承间隙油膜微流动的速度滑移现象及其对轴承性能的影响,并定义敏感度物理量对影响程度进行评估.在传统油膜流动假设条件基础上,引入Navier速度滑移边界条件对传统的Reynolds方程进行修正,通过有限元差分方法求解修正后的Reynolds方程,采用梯形积分公式求解轴承承载力等性能参数,对速度滑移影响的轴承性能的敏感度做出定量和定性分析.研究结果表明:油膜压力分布、轴承的承载力、动刚度及油腔流量等轴承性能对速度滑移都有一定的敏感性.最大油腔压力随滑移系数的增加而减小;速度滑移在一定程度上提高了轴承承载能力和油腔流量,但同时降低了轴承动刚度,流量对速度滑移的敏感度最大达到100%.     

具有半球形凹坑表面的滑动轴承润滑分析

具有非光滑表面的滑动轴承具有一些独特的性质,适当的表面凹坑对径向滑动轴承的润滑性能可能有一定的改善作用。为研究球形凹坑对径向滑动轴承润滑特性的影响,本文建立了具有不同形式球形凹坑的径向滑动轴承润滑分析的数学模型。利用有限差分法进行求解,得到径向滑动轴承的油膜压力与承载力,并研究凹坑的个数、尺寸、分布规律及凹坑深度对径向滑动轴承的润滑特性的影响。计算结果表明:与光滑面相比,在充分润滑状态及轴承几何运动参数不变情况下,合理的凹坑个数、尺寸参数、分布形式及凹坑深度对提高径向滑动轴承的油膜压力及承载能力具有一定的改善作用。