储罐阴极保护数值模拟技术研究进展

储罐是石油行业重要基础设施。国内大型储罐工程广泛应用了区域性阴极保护技术。应用边界元等数值方法和Fluent等成熟数值软件进行储罐阴极保护系统优化设计成为研究方向。介绍了传统的数值计算方法在储罐阴极保护数值模拟的应用情况,边界元法相对有限差分和有限元法,在无界不规则边界、网格数据处理量和计算结果稳定性方面具有先进性。在此基础上,阐述了储罐阴极保护数值模拟技术新进展,包括研究热流体和阴极保护模型控制方程的相似性,研究土壤介质的非均匀特性,定量描述阴极极化特性,研究储罐底板阴极保护电位的影响因素。最后针对储罐阴极保护数值模拟技术未来发展趋势进行了展望。     

海底管道外防腐层破损阴极保护数值模拟

本文利用数值模拟方法研究了海洋石油海底管道外防腐涂层破损与阴极保护效果的关系。文中根据海底管道外防腐涂层随服役年限的破损规律,对相应情况下海底管道阴极保护电位分布进行了计算。本文的研究成果可应用于海底管道外防腐涂层破损情况监测、阴极保护效果评价、外防腐涂层体系选择、阴极保护系统的优化设计等领域。     

阴极保护电位分布的数值计算

阐述了国内外阴极保护电位分布数值计算的研究概况,包括数学模型的建立、边界条件的选择以及所采用的数值计算方法,提出了该领域存在的问题及今后的发展方向.     

航空涡轮叶片精铸模具型腔优化设计系统

针对航空涡轮叶片精铸模具型腔设计中存在的精度控制问题,开发了航空涡轮叶片精铸模具型面优化设计系统.基于主流的CAD/CAM软件和无损检测平台等,建立多信息融合的精铸模具型面优化设计平台.主要包括基于三维收缩率模型的模具型腔设计、基于收缩率模型的铸件位移场预测、基于位移场预测的模具型腔虚拟修模.在叶片多源测量数据及数值模拟的基础上建立叶片精铸位移场模型,结合反变形补偿设计基本原理,实现模具型面的优化设计.     

管道阴极保护数值计算方法的应用进展

针对管道阴极保护数值模拟的应用现状,对阴极保护体系的控制方程以及三种常用边界条件做了简单的介绍。同时介绍了三种常用的数值计算方法以及国内外研究学者对这三种数值计算方法的应用情况,并对比分析了三种数值解法的优缺点。最后指出了目前管道阴极保护数值模拟技术存在的不足,并提出了相应的解决措施。     

区域阴极保护数值模拟边界条件反演计算方法研究及应用

数值模拟计算可为区域阴极保护优化设计提供重要参考,但数值计算的精度受到多种因素的影响,特别是边界条件的确定。边界条件与站场埋地管网的防腐层类型、绝缘性能、土壤中的极化特性等因素有关,对于老旧站场,防腐层状况不能准确掌握,如何来确定不同区域埋地管道的边界条件是数值模拟计算的难点。本文探索了将现场试验和数值模拟相结合,使用反演计算获得边界条件的方法,在此基础上对阳极地床分布进行了数值模拟优化计算,确定了区域阴极保护设计方案。现场实施后,将计算结果与现场测试结果进行了对比,相对误差小于10%,验证了该方法的准确性。     

漏电导致阴极保护绝缘接头内腐蚀失效的有限元分析

对漏电导致阴极保护绝缘接头内腐蚀失效问题,建立了绝缘接头有限元计算模型,开展了绝缘接头漏电电流密度大小与分布数值计算,并讨论了管道绝缘接头两侧电位差,输送介质电阻率和绝缘接头内涂层缺陷对绝缘接头漏电电流密度大小与分布的影响规律.模拟计算结果与油田现场失效绝缘接头内腐蚀现象一致,并给出了相应的防护建议.     

基于边界元法的站场阴极保护数值模拟软件设计与开发

边界元法在阴极保护电位分布计算方面有着明显的优势,采用边界元法对数值模型边界进行离散,计算节点少,计算速率快。站场阴极保护数值模拟软件基于边界元法对站场阴极保护电位分布进行计算,得到可视化结果,通过该结果可以发现屏蔽和干扰位置,对辅助阳极位置进行优化,从而解决站场阴极保护系统腐蚀区域不能预测的困难,使站场阴极保护系统工程更加合理有效。     

数值模拟技术在罐底阴极保护设计中的应用

本文介绍了区域性阴极保护技术的特点及目前存在的问题,介绍了将数值计算方法应用于区域性阴极保护效果预测时数学模型的选取、边界条件的设置,并将数值模拟技术应用于联合站区域阴极保护工程,确定了合理的阳极井数,取得了较好的效果。     

杂散电流对海底管道表面电位影响预测方法研究

目的：外加电流阴极保护技术逐渐应用于船舶和海洋结构物防腐领域,但随之而来的杂散电流很可能使平台附近的海底管道本身或者其牺牲阳极阴极保护系统产生电化学腐蚀,缩短海底管道使用寿命,甚至破坏管道本身结构而造成严重的生产事故,因此需要预测外加电流阴极保护系统对附近海底管道及其牺牲阳极阴极保护系统可能造成的不利影响。方法提出一种基于边界元法的预测海底管道杂散电流影响的数值模拟方法,建立包括域内控制方程和对应的边界条件的数学模型,可以计算得到海底管道受杂散电流影响区域的位置和范围,并且得到受影响区域表面保护电位的分布情况。结果通过实验室海底管道模型杂散电流试验测量结果与数值模拟结果进行比较,验证该方法预测海底管道杂散电流影响的准确性,数值模拟仿真结果与试验测量结果最大误差百分比约为1.7%,平均误差百分比小于0.2%。数值模拟计算结果准确地预测了海底管道模型表面保护电位分布情况,预测了导管架平台模型外加电流阴极保护系统对海底管道模型杂散电流的影响情况。结论使用的边界元阴极保护数值模拟技术可以准确预测海底管道杂散电流的影响情况,为海底管道杂散电流影响预测研究提供了有力工具。     

叶栅型气动喷嘴三维流场数值模拟

介绍了叶栅型喷嘴的基本结构,对三维可压射流的控制方程和Spalart-Allmaras湍流模型进行了分析,利用有限体积法对可压缩的N-S方程进行离散,对叶栅型喷嘴内的三维流场进行了数值模拟.对喷嘴内气压的变化、气流的速度矢量分布以及马赫数分布情况进行了可视化处理,讨论了喷嘴流道几何结构对流场的影响,以及供气压力的变化对喷嘴流量和出口速度的影响.同时,通过实验测量了喷嘴流量,实验结果与数值模拟的结果一致.对喷嘴三维流场数值模拟为喷嘴的设计和优化提供了理论依据,有效地缩短了设计周期.     

基于智能算法的轴对称锻件预成形优化设计

为提高轴对称锻件预成形优化设计的效率,提出了一种基于遗传算法和数值模拟相结合的轴对称锻件自动优化方法。在这种自动优化方法中,CATIA和DEFORM-2D协同工作,从而实现锻造工艺的参数化数值仿真;MATLAB优化工具箱对参数化数值仿真进行智能化控制,实现实时协调通信;此外,在该优化算法中,将锻件中零件本体内等效应变在给定范围[0. 5,1. 0]外单元体积的百分比作为优化目标,将预锻模的尺寸数据作为优化设计变量。最后,使用某轴对称锻件作为样件,并设计了两种方案进行优化测试。优化结果表明,该优化方法能够将锻件内等效应变在[0. 5,1. 0]范围内的单元体积百分比从85%提高到95%,并且没有折叠等缺陷。     

射流泵的数值分析与构型优化

在一维理论的指导下建立了一个射流泵的模型,并通过数值模拟方法对其进行分析,将CFD结果与实验数据相比较,确定了合适的数值方法和湍流模型。在数值分析的基础上,选取了需要优化的构型参数及设计点,采用移动最小二乘法(MLS)建立了射流泵内流动的代理模型(Surrogate Model),并对其进行优化研究。结果表明,优化后的射流泵的效率得到有效的提高。     

阻尼冷管法制备半固态浆料过程的数值模拟与参数优化

介绍了一种制备半固态浆料的新工艺———阻尼冷管法(DCT),利用流体分析软件FLOW3D对AZ91D镁合金在阻尼冷管中的制备过程进行三维数值模拟,获得了制备半固态浆料过程中金属的流动规律,并得出了压头高度、楔形形状及缝隙大小对合金熔体流动及制备出的半固态浆料均匀程度的影响规律,从而为DCT模具的设计及工艺参数的优化提供有效的理论指导。     

基于K邻近算法的连续体结构拓扑优化设计

以平面连续体为研究对象,建立了结构拓扑优化的数学模型,提出了新的结构优化方法.该方法利用K邻近理论进行结构优化的运算,给出了运算公式,定义了删除率以及进化率,并给出了计算实例,得到的结构优化结果与其他结构优化方法运算结果相近.结果表明K邻近理论结构优化方法是可行的.     

基于智能算法和数值模拟协同的凸轮轴锻造优化

为了解决凸轮轴热锻过程中的材料浪费和成型载荷较大的问题,基于遗传算法、克里金预测和数值模拟的动态协同技术,提出了将填充、折叠作为约束的热模锻坯料优化策略。在优化过程中,克里金模型用于构建局部区域的梯度信息,并用数值模拟对克里金模型进行动态矫正,遗传算法控制设计变量的进化方向。用凸轮轴锻件作为优化案例,并对凸轮轴锻件的形状进行分析,设计了一种坯料形状并选用其3个尺寸参数作为优化参数。优化结果表明：该方法能够优化3D成型问题,可显著减少下料体积、节省大约27.81%材料。优化后的坯料能够满足充填完整约束、无折叠约束,并且优化后的成型载荷降低了大约71.43%左右,优化后的设计变量取值为D₁=40.6,D₂=60,D₃=16.6。     

基于ICM拓扑优化的加工中心床身轻量化设计

为实现高速卧式加工中心床身的轻量化设计,以床身的质量最小化为目标,提出了基于ICM方法的拓扑优化模型。分别对床身进行了二维、三维拓扑轻量化设计,并对设计结果进行了可制造化处理,给出了床身优化后的仿真模型。基于有限元理论对新床身进行静动态性能分析。结果表明,在新床身具有良好的静动态性能的前提下,新床身比原床身质量减少了13%,实现了加工中心床身的轻量化设计。     

基于响应面法的双螺杆泵容积效率建模优化

双螺杆泵容积效率的影响因素复杂且容积效率计算困难。为解决此问题,提出一种基于理论模型及响应面法相结合的容积效率建模优化方法。基于平行平板液流理论建立双螺杆泵效率理论模型,进行敏感度分析,筛选出影响泵容积效率的最敏感设计参数为间隙、压差及动力黏度。基于正交试验和响应面法,通过有限元数值仿真分析,建立泵容积效率与敏感参数的拟合关系模型。仿真结果表明所选择的敏感参数对效率影响均显著。基于该拟合关系模型,以容积效率为优化目标,建立优化模型并求解,获得最优敏感参数组合,使泵容积效率显著提高。所提优化方法可降低仿真计算的复杂性,提高理论模型的精度。     

基于混合算法的七轴机器人逆解求解

为了解决七轴机器人逆运动学求解较难、精度较低的问题,提出一种基于数值迭代法与粒子群优化算法相结合的方法求解.对机器手模型及逆运动学位姿函数进行了研究,利用数值迭代法进行机器手逆解的初步最优角度解,在此基础上缩小搜索范围利用粒子群算法进行二次优化搜索计算,减小数值迭代过程中产生的累积误差,仿真结果表明机器手的位姿精度大大...     

板坯连铸结晶器传热反算方法研究

基于连铸生产中实时监测结晶器受热状态的需要，建立了结晶器铜板水平截面的二维热传导模型，提出了基于最小二乘法原理的传热反问题数值计算方法，并在VC＋＋6．0平台下编制了计算程序。程序中利用控制容积法建立离散方程组，采用一维变带宽存储、holesky分解技术，提高了计算速度。通过与商业软件计算结果的对比，证明了二维假设的合理性。对一组实测数据进行分析，验证了算法和程序的可靠性，从而为实现连铸过程监控提供了可借鉴的实用方法。