表面活性剂减阻试验研究

表面活性剂湍流减阻作为一种新的减阻技术,在油田伴热和海底管道伴热系统中都有很好的应用前景。测量了十六烷基三甲基氯化铵减阻溶液在三种不同管径圆管中的压降规律,研究了管径尺寸与表面活性剂浓度对减阻率的影响,获得了不同条件下减阻率与雷诺数的关系曲线。     

蟹塘双体投饵船行驶阻力分析及船型优化

采用双体投饵船是实现蟹塘遍撒投饵的可行方案之一。在航道存在水草的情况下,为减小巡航阻力、提升投饵船续航能力,设计尖底和圆棱底2种新型船底型线,并基于雷诺平均方程,构建船体在不同吃水深度和速度下的动力学计算模型。以平底船为对照船体,对比分析CFD数值计算与水池试验阻力,数据误差在9.6%以内,显示了计算模型的有效性。计算结果表明:圆棱底船在船速0.50~2.00 m/s时具有更好的减阻效果,与平底船相比减阻率在3.92%~16.27%;圆棱底船能减小底面与水草的滑动摩擦阻力;投饵船经济船速应小于1.50 m/s,经济吃水深度应小于0.18 m。所研发的圆棱底船的进一步测试结果表明了所提优化方案的有效性。     

水田作业机械仿生表面减阻机理的离散元研究

水田作业机械的减阻研究具有重要节能意义,但因水田饱和泥土层的离散特性、力学特性等不同于旱作土壤,目前多数的模拟方法都不能直接应用到水田相关的研究中。为了研究水田作业机械仿生表面的减阻机理,并找到适用于水田饱和泥土-机具交互作用相关研究的仿真分析方法,利用离散元软件EDEM建立了水田泥土的离散颗粒模型,构建了水田机械部件表面与水田饱和泥土层相接触的力学模型,对机械触泥部件表面进行了仿鱼鳞微结构表面减阻设计,通过离散元理论,对水田饱和泥土-机具交互作用过程进行了仿真分析,获得了样件所受切向剪切力、泥水颗粒运动轨迹及不同分布规律。运用流体润滑理论和摩擦学理论对水田机械触泥部件仿生微结构表面的减阻机理进行了分析。分析结果表明:在前进速度为0.8m·s~(-1)时(高速插秧机一般前进速度),仿生平面的平均剪切应力为1.59E-05N,光滑平面的平均剪切应力为3.71E-05N,可计算出仿生样件在水田泥土条件下所受的总阻力减少49.84%。对比光滑表面样件,仿生样件具有更好的减阻效果,可以改善润滑条件,形成流体润滑效果;减少接触面积;改变摩擦系数并改变泥水运移方式。本研究可为水田作业机械的减阻研究并水田饱和泥土-机具交互作用的相关研究提供理论借鉴。     

气固两相流管道流动阻力特性数值模拟

为掌握气固两相流的流动阻力特性,利用计算流体动力学软件CFX,对直管段及水平弯管进行气固两相流数值模拟。采用欧拉一拉格朗日法选择数值模拟计算模型,根据模拟对象工况,确定软件模拟条件。通过模拟,对管道系统的特性、操作条件、物料和气体的性质等影响气固两相管流压力损失的主要因素进行了探讨,对连续相速度和压力分布特性以及颗粒运动轨迹进行了分析,得到了气固两相管流的压力场、速度场分布,颗粒在管内的分布情况和运动轨迹,以及不同工况条件下的系统阻力和颗粒沉积量分布规律,并确定了在特定条件下能耗最小的经济流速。研究成果可为气固两相流的工程设计和理论研究提供参考。（图18,表2,参10）。     

起伏地形对宝汉天然气管道生产运行的影响

为了研究天然气管道在地形起伏地区的生产运行状态,以陕西省宝鸡-汉中天然气管道为例,结合实际生产情况,分析了起伏地形对天然气管道输量,以及积水静压阻力和段塞流对清管作业的影响;简化了积水静压阻力的计算公式,建立了分段积水柱长度和高程差与积水静压阻力的函数关系式。研究表明:起伏地形对天然气管道输气能力影响明显,未考虑高程差的输量普遍大于考虑高程差因素计算出的输量;起伏地形引发的天然气管道积水静压阻力和段塞流,影响清管器的运行速度和对清管器通过声音的监听;积水静压阻力足够大时,甚至可以击破清管器;通过积水静压阻力计算公式,可以精确确定清管器前后压差,为宝汉天然气管道清管作业提供理论指导。     

根茎类中药材仿生挖掘铲的设计与试验

【目的】针对挖掘阻力制约根茎类中药材收获机械发展这一问题。【方法】基于蝼蛄前足趾构型,设计了一种仿生挖掘铲。通过CAXA软件获取前足爪趾轮廓曲线,利用MATLAB进行轮廓曲线的提取,并借助EXCEL得到拟合曲线方程;根据轮廓曲线在SolidWorks建模软件中建立仿生挖掘铲模型,采用ANSYS Workbench软件对挖掘铲进行应力应变分析;最后通过土槽和田间试验检测挖掘铲减阻效果和挖掘性能。【结果】仿真结果表明,仿生挖掘铲强度能达到使用性能要求;环形土槽试验表明,仿生挖掘铲相较于平面铲具有一定的减阻功效;田间试验表明,仿生挖掘铲具有良好的挖掘效果。【结论】在铲面末端高度100mm到160mm的范围内,仿生铲所受阻力均小于平面铲,该研究能为根茎类药材收获机减阻降耗提供理论参考和设计依据。     

工程仿生在农业机械减阻技术的应用

随着仿生技术的不断发展,仿生学的各项研究成果也得到了广泛应用。在农业机械化推广过程中,使用的过程中产生的过大阻力是制约其良性快速发展的主要原因。而基于昆虫脱附减阻规律与食虫植物捕食现象的仿生学研究及其成果的应用能使农业机械减阻技术得到很好的发展。     

天然气管道的减阻与天然气减阻剂

依据流体管道的流动规律和减阻增输机理,指出天然气管道的减阻原理是抑制贴壁薄层(厚度等于粗糙度)内的气体脉动。认为管壁内涂、壁面薄液膜、凝析液中注入液体减阻剂和在管道内壁上吸附气体减阻剂是天然气管道有效的减阻方法。研究结果表明,气体减阻剂应是一种具有极性端和非极性长链的分子聚合物或化合物。     

斜板式气液分离器流场的数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)方法,应用ANSYS-CFX软件,分别应用标准k-ε模型和RNGk-ε模型,对斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算,得到了在两种湍流模型下的分离器内部流场速度矢量分布规律、气体体积分数分布规律以及流体轨迹规律。对比两种湍流模型的分析结果表明:在流体流动快速畸变时,RNGk-ε模型的ε方程中增加的附加生成项会迅速增大,由此改善了对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力;与标准k-ε模型相对比,RNGk-ε模型更能合理地模拟斜板式气液分离器的内部流场分布。     

空气-水立管系统的严重段塞流瞬态数学模型

严重段塞流形成时,空气-水立管系统的压力和管内瞬时流量等参数大幅波动,不仅对下游设备造成冲击,而且容易导致管道剧烈振动等危害,准确计算严重段塞流瞬态流动参数是评估其危害的基础。基于气体、液体连续性方程与混合动量方程建立严重段塞流瞬态数学模型,详述数值积分方法,对立管试验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟,并对模拟结果进行了验证。数值积分中,采用向后欧拉格式进行预报,梯形法校正;采用变时间步长以提高计算效率且保证精度;开展室内试验,并将严重段塞流循环周期、立管底部压力的试验结果与模拟结果进行了对比;将气、液流速和含气率等瞬态流动参数的模拟值与Fluent软件的计算结果进行了对比。结果表明:该数学模型和数值方法能够较好地计算典型严重段塞流的瞬态流动参数,有利于严重段塞流危害的准确评估。     

水平管段塞流液塞长度分布试验研究

在内径为50mm的水平管中，对空气，水段塞流下的液塞长度分布进行了试验研究。试验结果表明，该流态下的液塞长度呈对数正态分布，平均液塞长度与气液相混合速度具有典型的二次多项式关系。当折算流速较小时，反映液塞长度波动长程相关性的Hurst指数与气液相混合速度具有递增的线性关系，液塞长度分布遵循分形统计规律。     

曝气池内气液两相流CFD模拟

对曝气池反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟采取了双流体模型,液相湍流采用标准k-ε方程,两相间的动量传递只考虑曳力作用。模拟获得了曝气池内的液速及不同径向位置的轴向液速分布、气含率分布等,结果表明,气泡刚开始以直线垂直上升,过一段时间后,气泡的运动开始偏离轴中心,气泡群开始发生了摆动;随着气体速度增大,气含率分布变宽,气含率增大,液体循环液速也在增大,气液之间混合越充分,曝气效果越好。     

多相流输送中柱塞流的运动规律模型

在多相流管道输送中,柱塞流是常见的一种流动形式。为了给油气分离器设计提供理论依据,开展了柱塞流的形成及其发展规律的研究,并根据石油—天然气管道混合输送现场实测结果,综合柱塞流在水平管段、垂直管段和形状起伏的管段中的形成及发展模型,提出了适合于大口径、长距离管道的柱塞流运动规律。介绍了在多相流中柱塞流的模拟计算方法,该方法可应用于全地貌的管道输送分析,扩展了其应用范围,通过对实验结果的分析得出,柱塞的发展变化不仅与柱塞大小和速度有关,而且还与管道倾斜度有关,并且指出该计算方法能较好地预测柱塞的最大值及分布,同时说明模拟计算方法仍需完善,计算模型有待修正。     

气液两相间歇流流型下的蜡沉积规律

利用多相流动蜡沉积试验环道,以高含蜡量原油为试验介质,对气液两相流的蜡沉积规律开展试验研究,得到间歇流流型下蜡沉积层厚度随液相折算速度、气相折算速度和间歇频率等流型影响因素的变化规律。结果表明：在间歇流流型中,蜡沉积物在管壁环向分布较为均匀。当液相折算速度恒定,平均蜡沉积层厚度随气相折算速度的增大而减小。若气相折算速度保持恒定,液相折算速度较低时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而增大;液相折算速度较高时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而减小。若气相折算速度相同,段塞频率随液相折算速度的增大而显著增大,导致平均蜡沉积层厚度呈现减小趋势。研究结果为建立气液两相流动蜡沉积动力学模型奠定了基础。（图6,参6）     

气量增加段塞流场中压力波传播特性分析

利用改进后的段塞流跟踪模型对水平管道气量瞬变空气-水段塞流场中的压力波传播特性进行了模拟研究,分析了压力波沿管道的变化规律以及入口初始液相流量和气相流量的变化量对压力波速的影响,并将模型模拟结果与大型多相流试验环道上的试验结果进行了比较.结果表明,该模型能够有效地模拟气量瞬变段塞流场中压力波的传播特性;压力波速沿管道具有衰减特性;气量增加过程中的增压波速沿管道的衰减速率是逐渐降低的.     

地形起伏多相管流段塞流流动参数计算

在起伏多相管流中常出现段塞流。段塞流流动特性参数的计算只能采用经验或半经验关系式。现场实践表明,段塞长度不仅与管径有关,而且还与气液相速度和气液相粘度等有关。结合现场试验,提出了一种计算起伏多相管流中段塞流流动特性参数的准确方法。     

海洋L形立管系统不稳定流简化计算模型

根据严重段塞流4个阶段的特点,针对L形立管系统不稳定流建立了一维准平衡态简化计算模型,其忽略摩阻和加速度的影响,立管中气相穿透过程应用漂移流模型。气相穿透、气液喷发阶段采用特征线方法求解,并引入气相密度偏移修正过程,能够对典型严重段塞流和液塞长度小于立管高度的过渡严重段塞流进行模拟。将模型计算结果与实验室结果以及其他文献的实验数据进行对比,结果表明模型能够对L形立管系统中的两相不稳定流动进行较准确的模拟。（图2,表3,参16）。     

气体—幂律液体两相水平管流的压降计算

在气体—幂律液体两相水平管流实验研究的基础上,按两相介质分布外形,将气液两相流动的流动型态划分为泡状流、层状流、波状流、团状流、冲击流及环状流,并指出流动型态是决定两相管流压降规律的重要因素,对不同流动型态的流动机理和特点进行了探讨,给出了不同流动型态计算压降的方法,对于层状流与波状流,气液间具有明显的界面,可采用分流模型;对于泡状流,两相间无滑动,可采用均流模型;对于团状流与冲击流,由于流动机理十分复杂,故采用定义无因次压力梯度的方法;对于环状流,通过联立分气相折算系数与洛克哈特—马蒂内利参数求得压降。本方法不仅为油气不加热集输工艺的系统设计提供了可靠的水力计算方法,而且也可以应用于石油、化工等领域。通过与其它计算压降的方法对比,说明本计算方法平均绝对百分误差小、准确度较高。     

液体沿固体壁面滑移减阻机理分析

根据固液两相间的相互作用,提出了液本沿固体表面滑移的机理。当液体沿固体表面的流速超过临界速度时,出现滑移,学样能实现减阻;否则液体与固体边界同速。固液间的粘附功越小,并且液体的粘度越大时,临界流速越小,越易实现滑移减阻,并为滑移减阻提出了具体建议。