高温气藏近井带地层水蒸发和盐析研究

通过PR状态方程与超额自由能H-V混合规则的结合,建立了适于含极性物质水的烃类混合物气-液-液三相相平衡理论计算模型.同时建立了地层水蒸发与近井带含水饱和度与地层水矿化度的函数关系.运用相平衡理论,研究了地层水-烃类体系随温度压力条件改变的相体积变化规律.结合单井径向数值模拟模型,研究了实例气井生产过程中气态水含量Xw、储层含水饱和度Sw以及地层水矿化度随半径和生产时间的变化规律.研究结果显示,近井带压降梯度大,地层水蒸发显著,气态凝析水含量呈指数增加,低压下可超过7%.地层水的蒸发可使得近井含水饱和度降低超过50%,有利于提高气井产能;地层水蒸发会使得矿化度升高而导致盐析,盐析往往发生在近井5m范围内.     

Numerical Simulation for Two-Phase Water Hammer Flows in Pipe by Quasi-Two-Dimensional Model

The features of a quasi-two-dimensional (quasi-2D) model for simulating two-phase water hammer flows with vaporous cavity in a pipe are investigated. The quasi-2D model with discrete vaporous cavity in the pipe is proposed in this paper. This model uses the quasi-2D model for pure liquid zone and one-dimensional (1D) discrete vapor cavity model for vaporous cavity zone. The quasi-2D model solves two-dimensional equations for both axial and radial velocities and 1D equations for both pressure head and discharge by the method of characteristics. The 1D discrete vapor cavity model is used to simulate the vaporous cavity occurred when the pressure in the local pipe is lower than the vapor pressure of the liquid. The proposed model is used to simulate two-phase water flows caused by the rapid downstream valve closure in a reservoir-pipe-valve system. The results obtained by the proposed model are compared with those by the corresponding 1D model and the experimental ones provided by the literature, respectively. The comparison shows that the maximum pressure heads simulated by the proposed model are more accurate than those by the corresponding 1D model.     

液压双边滚切剪非线性系统稳定性分析

双边剪机械动力学与液压动力学的耦合作用以及上刀架与液压缸之间的位置反馈,都是系统不稳定的因素。在这个模型中,所有的不稳定因素都来自于液压油的控制。通过采用非对称阀控制非对称缸的方法建立液压系统的数学模型,得到了伺服液压缸压力、流量的非线性状态方程,并利用李雅普诺夫稳定性判据分析了四缸耦合的非线性系统的稳定性。通过采集现场实验数据表明：四缸运动轨迹可以较好地按照既定轨迹运动,验证了此方法可以满足现场的实际需求。     

基于随机位移方法的植被水流纵向离散研究

在天然河道中,离散主要是由纵向流速在横断面分布的不均匀所引起,当河道中存在部分挺水植被时,流速分布的不均匀性更加明显。为了研究部分挺水植被水流中的纵向离散,假设各变量在垂向是不变的,模拟一个由流向和横向组成的二维域,引入了基于拉格朗日观点的随机位移模型,该方法直接使用独立运动的离散颗粒来描绘物质的输移,不再需要求解随流扩散方程。随机位移模型主要根据水深平均流速和横向紊动扩散系数的横向分布来确定污染物的分布。其中,流速横向分布公式采用了基于剪切涡的简化经验公式,该公式的优点在于不用对二次流系数进行率定,且物理意义明确;另外,利用量纲关系及遗传算法给出了剪切涡外层宽度的显性经验公式,分析可得剪切涡外层宽度主要由水深和河床阻力决定,植被的直径和密度对于涡旋外层结构影响较小;根据以往实测资料,提出了横向紊动扩散系数的横向分布模型,揭示了横向紊动扩散系数在交界处远大于稳定区的动力特性。为了验证随机位移模型预测的准确性,在长直部分植被水槽进行了室内试验,流场中不同点的浓度过程线的实测值与模拟值吻合良好,表明随机位移模型可以有效地模拟部分挺水植被水流纵向离散,为生态河道污染物混合输移的评估提供了新的方法。     

二维浅水间断流动数值模型在涌潮模拟中的应用

为模拟涌潮、水跃、溃坝波、浅水变形后的波浪、闸门突然开启形成的涌浪等浅水间断流动,应用有限体积法求解二维浅水方程,界面通量采用基于Boltzmann模型的动力学流矢量分裂（KFVS）格式,建立基于无结构三角形网格的二维浅水间断流动数值模型,模型在空间上具有二阶精度.在钱塘江两次涌潮实测资料验证的基础上,模型预测了钱塘江河口治理设想方案实施后的潮位、潮差、流速和涌潮等水动力因素的变化.模型较好地模拟了涌潮到达时刻潮位急剧抬高、流速迅速从落潮转为涨潮并达到极值的间断现象.计算结果表明,提出的计算格式健全、稳定,可以广泛应用于浅水间断流动的数值模拟.     

Development of a fault-rupture environment in 3D: A numerical tool for examining the mechanical impact of a fault on underground excavations

While faults are commonly simulated as a single planar or non-planar interface for a safety or stability analysis in underground mining excavation, the real 3D structure of a fault is often very complex, with different branches that reactivate at different times. Furthermore, these branches are zones of nonzero thickness where material continuously undergoes damage even during interseismic periods. In this study, the initiation and the initial evolution of a strike-slip fault was modeled using the FLAC3D software program. The initial and boundary conditions are simplified, and mimic the Riedel shear experiment and the constitutive model in the literature. The FLAC3D model successfully replicates and creates the 3D fault zone as a strike-slip type structure in the entire thickness of the model. The strike-slip fault structure and normal displacement result in the formation of valleys in the model. Three panels of a longwall excavation are virtually placed and excavated beneath a main valley. The characteristics of stored and dissipated energy associated with the panel excavations are examined and observed at different stages of shear strain in the fault to evaluate bump potential. Depending on the shear strain in the fault, the energy characteristics adjacent to the longwall panels present different degrees of bump potential, which is not possible to capture by conventional fault simulation using an interface.     

渗流计算中的三维非结构化网格下的自由面适应网格方法

在2维正交网格系统下自由面适应网格方法的基础上,提出了3维非结构化网格下的自由面适应网格方法.该方法在迭代求解渗流自由面时,无需改动网格,而是用映射的方法去让自由面适应既定网格系统,也不需要对出逸边界进行特殊处理,其方法简单,易于程序实现;通过将数值计算结果与甘油试验及室内砂槽模拟结果相对比,表明了该方法在3维非结构化网格系统中捕捉浸润面的精度较高,拓宽了自由面适应网格方法在3维带自由面渗流问题中的应用范围.     

Numerical modeling of surf beat generated by moving breakpoint

As an important hydrodynamic phenomenon in the nearshore zone, the cross-shore surf beat is numerically studied in this paper with a fully nonlinear Boussinesq-type model, which resolves the primary wave motion as well as the long waves. Compared with the classical Boussinesq equations, the equations adopted here allow for improved linear dispersion characteristics. Wave breaking and run-up in the swash zone are included in the numerical model. Mutual interactions between short waves and long waves are inherent in the model. The numerical study of long waves is based on bichromatic wave groups with a wide range of mean frequencies, group frequencies and modulation rates. The cross-shore variation in the amplitudes of short waves and long waves is investigated. The model results are compared with laboratory experiments from the literature and good agreement is found.     

层状盐岩小井间距双井水溶造腔流场相似模拟研究

为解决层状盐岩单井水溶造腔过程中建槽周期长,提管工艺复杂等问题,开展层状盐岩小井间距双井水溶造腔技术研究。拟采用选定物理法建立相似试验平台,探讨小井间距双井水溶造腔流场及浓度场特征,揭示双井水溶溶腔腔体扩展与流场的联系。结果表明：双井水溶造腔过程中腔体流场可以划分为4个区域：边界溶蚀区、浮羽流区、对流扩散区和底部饱和区,各个区域相互影响。浮羽流区是驱动流体运移的关键区域,根据浮羽流区流场特征建立相应的流场模型;根据宏观流动特征,对流扩散区分为强扩散区和弱扩散区;边界溶蚀区对双井水溶溶腔腔体扩展有显著影响;饱和区示踪特征不明显但浓度分层明显。通过对比分析双井造腔和单井造腔模型试验结果,发现双井水溶造腔工艺有利于盐穴建槽期,研究为小井间距双井水溶造腔技术的应用提供一定的理论基础,对盐穴储气库的优化建造具有重要意义。     

无粘性土堤漫顶溃决溃口区域水力参数变化过程数模研究

结合物理模型试验建立平面二维水流数学模型,采用高分辨率有限体积格式计算漫顶溃堤洪水演进过程,并针对不同时段溃口形态建立三维几何模型进行水力参数变化规律数值模拟.研究结果发现,堤防溃决属溯源冲刷,与流速密切相关;溃决过程外江水位平稳下降,内江水位先上升后逐渐稳定,内外江水位差随溃口展宽逐渐减小;壁面剪切应力及动水压力较大区域集中在溃口内江侧与河底连接处,且随溃决过程逐渐减小.     

喷嘴流量特性对直接空冷机组喷雾增湿系统冷却效果影响的数值研究

为研究雾化喷嘴的流量特性对喷雾增湿系统冷却效果的影响,对喷嘴采购提供参考,以计算流体力学理论为基础,建立了某600MW直接空冷单元数值计算模型,采用离散相模型对液滴轨迹进行跟踪,以"有效水份额"来衡量喷雾增湿系统的冷却效果,并确立了汽轮机排汽压力计算方法。结合喷嘴在空冷单元内的布置位置,以普通工业实心锥形喷嘴为对象,分别研究了雾化压力、雾化角、流量系数及喷嘴孔径对冷却效果的影响,结果发现雾化压力、流量系数和雾化角对冷却效果有很大的影响,而喷嘴孔径对冷却效果的影响却不大。     

大斜度井、分支井的不稳定压力动态分析

应用连续点源迭加原理建立起均匀流率的斜井压力分布数学模型，通过该模型能够考虑大斜度井的射开段长度、上下位置、倾斜角、渗透率各向异性等影响；应用Stehfest数值反演算法计算获得大斜度井的压降典型曲线，为大斜度井的试井评价和产能预测提供有力工具；通过对比分析发现，大斜度井的双对数典型曲线在两段压力导数水平段，前是早期的径向流特征，后是拟径向流特征；在同等的井筒渗流长度条件下，大斜度井或水平井方式的渗流条件好，更能有效地利用地层能量。     

流动物质平衡法在复杂气藏中的适用性研究

准确计算气藏动态储量,对指导气井初期配产、产量调整和井网优化部署等都具有重要的意义。基于理想模型而建立的流动物质平衡方法不需要关井,只需使用日产气量和井底流动压力数据计算动态储量。本次研究通过建立复杂气藏模型,应用数值模拟技术论证了流动物质平衡法同样适用在边界形状不规则储层以及多井开采的气藏。     

涌潮冲击排桩式丁坝的数值模拟

为了研究钱塘江排桩式丁坝在涌潮作用下的受力机理,对涌潮冲击排桩式丁坝进行了数值模拟,采用标准κ ε紊流模型和体积函数法(VOF)追踪自由水面的方法,得出了丁坝附近的流场分布和自由水面的位置,揭示了丁坝上的涌潮压力在时间和空间上的变化规律：（1）当涌潮冲击丁坝时,涌潮压力急剧增大,约2 s后涌潮压力达到最大值,之后,有一段下降的过程,随后出现较小幅度的振荡,最后涌潮压力趋于稳定,并且在垂直方向上各高程处的涌潮压力最大值基本出现在同一时刻;（2）在潮前水位以上丁坝上的涌潮压力呈梯形分布,而在潮前水位以下丁坝上的涌潮压力随深度基本保持不变,呈矩形分布.     

井筒中温度场测井响应特征模拟

掌握井下温度分布,对于动态监测注入井或生产井有着重要意义。针对垂直注入井或生产井井筒及周围地层,在合理假设井筒中流体流速变化的基础上,根据连续介质和多孔介质传热,建立了柱坐标下二维油水两相流的温度场数学模型,并应用全隐式格式的有限差分法进行离散与求解。通过编程模拟计算了不同注采参数(如注采速度、注入温度、注采时间等)及地层厚度的井筒温度场分布,模拟结果符合一般认识,该研究为监测油田的注采动态提供了理论基础。     

三牙轮钻头井底漫流速度计算探讨

在喷射钻井过程中,井底漫流速度是清除井底岩屑、净化井底的主动力。应用流体力学的基本原理,在垂直半喷嘴射流井底平面的点源散射物理模型,以及倾斜单喷嘴射流井底平面的源－汇叠加物理模型的基础上,对三牙轮钻头的三倾斜组合射流的井底平面漫流场建立了源－源叠加的物理模型,从而推导出了数学计算式。计算式中几乎包括了三牙轮钻头所有与井底漫流场有关的设计和应用计算参数。通过编制的计算机软件的计算结果表明,井底平面漫流速度和分布与实际和实验结果吻合。理论计算为三牙轮钻头的设计和水力参数设计提供了理论依据。     

钢结构梁柱连接节点域剪切变形计算方法

针对钢结构梁柱连接节点域剪切变形全过程曲线(即弯矩-剪切转角(M-φs)曲线),提出了三线性模型并给出了相应的计算方法。通过与国外已有方法和相关国内外试验结果进行对比分析可知,该方法既可以准确地计算节点域剪切变形初始转动刚度,又可以很好地计算节点域剪切变形全过程曲线,为钢结构设计中梁柱连接节点域剪切变形特性的分析计算提供了可靠依据。     

Stress-Blended Eddy Simulation of the Turbulent Flow Around Circular Cylinder with Dynamic Hybrid RANS/LES Model

In order to verify the effectiveness and superiority of the dynamic hybrid RANS/LES (DHRL) model, the flow around a cylinder with sinusoidal fluctuating velocity at the inlet was used as the test case. The latest computational fluid dynamics (CFD) model can flexibly choose any existing large-eddy simulation (LES) method combined with RANS method to calculate the flow field. In addition, the DLES model and DDES model are selected as typical representatives of the turbulence model to compare the capture ability of the flow field mechanism. The internal flow field including the y⁺ value, velocity distribution, turbulent kinetic energy and vortex structures is comprehensively analyzed. Finally, the results show that the new model has enough sensitivity to capture the information of the flow field and has more consistent velocity distribution with the experimental value, which shows its potential in practical engineering applications to some extent.     

河渠植草衬砌效应研究

河(渠)道越来越多采用植草衬砌,它不仅保护河渠岸坡免受冲蚀,还改善生态条件,然而,植物对水流产生拖曳力从而影响河道过流能力.讨论了植物衬砌抗冲蚀效应的主要影响因素,提出了评估植草衬砌河渠稳定性的方法,根据水流拖曳有效剪应力与土壤允许有效剪应力之间的极限平衡条件导出了估算植草衬砌渠道过流能力的公式.实例计算研究表明,百喜草和狗牙根草因其较强的抗冲蚀性和较小的阻水性而比较适合于我国南方河渠衬砌.     

斜盘式轴向柱塞泵变量阻力的研究

斜盘式轴向柱塞泵在变量过程中受到由负载引起的对变量机构的阻力作用,该力对变量泵的性能有较大影响。过去,对其中的摩擦力大小只能靠经验估计。本文在理论分析诸阻变量力的基础上,提出了斜盘泵等效变量摩擦阻力的概念,并以63BCY—14B柱塞泵为研究对象,用实验方法测定该摩擦系数,从而确定了变量阻力的大小。