Modified embedded-atom method interatomic potential for the Mg–Zn–Ca ternary system

Mg–Zn–Ca alloys are representative Mg alloys with high formability at room temperature. Their high formability is thought to be related to slip, twinning, and recrystallization of the alloys, but the detailed mechanisms have not yet been clarified. To enable atomistic simulations for investigating those behaviors, an interatomic potential for the Mg–Zn–Ca ternary system was developed. The development was based on the second nearest-neighbor modified embedded-atom method formalism, combining previously developed Mg–Zn and Mg–Ca potentials with the newly developed Zn–Ca binary potential. The Zn–Ca and Mg–Zn–Ca potentials reproduce structural, elastic, and thermodynamic properties of compounds and solution phases of relevant alloy systems in reasonable agreement with experimental data, first-principles and CALPHAD calculations. The applicability of the developed potentials is demonstrated through calculations of the effects of Zn and Ca solutes on the generalized stacking fault energy for various slip systems, segregation energy on twin boundaries, and volumetric misfit strain.     

PDC钻头水力结构优化设计研究

在PDC钻头工作过程中，钻井液对钻头体表面的冲洗、冷却和润滑是保证钻头正常工作的一个非常重要的条件。对PDC钻头而言，水力结构（主要是中心水眼和冠部水道）设计的重要性尤其突出。以前,对钻头水力系统研究只能通过实验的方法进行,研究周期长、成本高、结构调整不方便，而数值模拟的方法在几年前还不成熟，甚至静态的复杂结构流场问题基本无法解决。为此，在提出PDC钻头水力结构优化设计原则的基础上，对PDC钻头的三维流场进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的喷嘴布置位置、直径、数量以及切削齿对流场的影响。计算结果表明，原设计在喷嘴布置位置和喷射角度上存在不足，以此为基础进行了水力结构的优化设计。文中的研究成果成功地应用在新型钻头水力结构的设计中，研究方法为PDC钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。     

Robust nonlinear feedback–feedforward control of a coupled kinetic Monte Carlo–finite difference simulation

Robust nonlinear feedforward–feedback controllers are designed for a multiscale system that dynamically couples kinetic Monte Carlo (KMC) and finite difference (FD) simulation codes. The coupled codes simulate the copper electrodeposition process for manufacturing on-chip copper interconnects in electronic devices. The control objective is to regulate the current density subject to the condition that the steady-state fluctuation of the overpotential remains bounded within ±0.01 V. The controller designs incorporate a low-order stochastic model that captures the input–output behavior of the coupled KMC–FD code. The controllers achieve the objectives and the closed-loop responses implemented on the low-order model and the coupled KMC–FD code match well within stochastic variations. The nonlinear feedforward control reduces the rise time of the controller response while the feedback control ensures robustness in the presence of model uncertainty.     

三相交流电动机启动过程参数数值模拟

提出一种进行模拟计算电动机启动过程中各参数的新方法。利用电机运行理论,结合物体定轴转动定律,推导出电机运行参数随时间变化的函数关系式。将计算公式离散化后,对电机启动过程运行规律进行求解。实例计算了一种型号潜油三相电动机启动时电动机定子电流、转子电流、激磁电流、扭转力矩、转速参数及效率参数等随时间或转差率的变化规律,其变化曲线与试验结果基本一致,说明提出的计算方法是有效、正确、适用的。     

储层泥浆侵入深度预测方法研究

泥浆侵入半径的确定尚缺乏严格的验证标准.以油水两相渗流理论和离子扩散方程为基础,结合储集层特点,研究了不同储层参数下泥浆滤液对地层的侵入特性.数值模拟侵入时间选取10 d和20 d.数值模拟结果表明,侵入半径在渗透率不变的情况下随孔隙度的增大而减小,在孔隙度不变的情况下随渗透率的增大而增大;当渗透率和孔隙度都发生变化时,泥浆侵入半径一般随孔隙度的增加呈幂函数增加.依据这种关系对测井资料约束处理,得到的泥浆侵入半径较客观地反映了地层的真实情况.     

基于进化算法的常减压装置模拟

提出了基于优选优生进化算法（Select—best and prepotency evolution algorithm，SPEA）的常减压装置模拟方法。以各塔的温度分布为目标，基于生产过程和分析数据，采用SPEA确定各塔板Murphree效率，从而精确描述各塔板平衡偏离程度。在实际应用中，获得具有良好精度的常减压装置模型。系统分析了SPEA算法的关键参数——优选领域大小与计算复杂性及寻优性能之间的关系，结果显示其取值为群体规模的10％最为合适。     

CO2吞吐工艺操作参数的整体优化设计

针对ZY油田原油CO2吞吐的工艺过程，建立了CO2吞吐数值模拟模型。应用数值模拟方法对CO2吞吐进行了实例分析，首先对该井的CO2吞吐参数进行了单因素敏感性分析，分析了CO2周期注入量、注入速度、焖井时间、采液速度等因素对CO2吞吐效果的影响。在此基础上进一步运用正交试验方法对CO2吞吐参数进行了优化，通过计算表明用正交试验优选法得到的优化方案比单因素敏感性分析所得的优化结果更为合理。     

燃气管网动态仿真的研究及应用

研究和了解燃气在管道中的流动，是进行燃气管网系统优化和提高管网输运系统安全性的前提和基础。以流体力学三大守恒方程为基础，建立了等温和非等温条件下的燃气管网稳态和动态仿真理论模型。以有限差分法为基础，得到了上述模型的求解方法，并加入了耗散项，提高了求解方法的稳定性。通过增加初始点和延长出口点的方法，简化了模型的求解。通过在北京六环天然气管网中的初步应用，分别得到了与实际值综合相对误差为1.21％和2.62％的压力和流量仿真值，从而验证了模型及求解方法的可靠性。     

重复压裂裂缝转向时油藏数值模拟研究

裂缝转向的实现及选井、选层、优化设计等的数值模拟和机理是转向重复压裂需进一步研究解决的问题,为此,采用黑油模型,研究了在反九点注采井网中,不同储集层渗透率下,转向重复压裂的裂缝穿透率和导流能力等对采油动态的影响。研究表明,不论是渗透率高的地层还是渗透率低的地层,不利裂缝方位的边井最适合实施转向重复压裂且需要比常规重复压裂更大的缝长,而有利裂缝方位的边井和角井只需要与常规重复压裂相当的缝长;同时,转向重复压裂需要比常规重复压裂更高的裂缝导流能力。     

结构形式对椭圆扁管管内传热与流阻性能影响

利用数值模拟方法结合场协同理论,对直椭圆扁管、单向螺旋椭圆扁管和变向螺旋椭圆扁管管内传热与流动情况进行了数值模拟计算和理论分析,比较研究了不同的Re、Pr下,3种椭圆扁管的管内传热与流阻特性。结果表明,单向螺旋椭圆扁管和变向螺旋椭圆扁管与直椭圆扁管相比有很好的强化传热性能,而变向螺旋椭圆扁管要比单向螺旋椭圆扁管的强化传热性能更好。在管内流体具有高Pr及低Re的条件下,2种螺旋椭圆扁管的强化传热效果显著,可作为很好的强化传热元件应用于工程实际中。