油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法

提出了一种有效实用的求解油藏热流固耦合渗流问题的数值计算方法。该方法以有限元法为主，结合有限差分法，用有限元法求解耦合温度场方程和岩石耦合变形方程，用有限差分法求解流体耦合渗流方程，发挥有限元法网格技术和单元划分灵活的特点及处理复杂的油藏边界优势，兼顾了有限差分法在流场分析方面的成熟应用，使复杂的热流固耦合数学模型得以完整求解，取得了单向有限元法或有限差分法难以取得的效果，是一种新型的油藏数值模拟方法。     

基于热流固耦合的分级注水泥器失效分析

针对分级注水泥器在实际固井使用过程中出现的循环孔打不开、关不上等失效问题,基于热流固耦合分析理论和CFD数值模拟方法,结合某油井的实际固井数据,建立从井口到分级注水泥器位置处的完整三维有限元模型.运用流体计算软件得到不同流体在不同井深位置处产生的压力与温度,将流体域求得的压力与温度传递到固体域,对分级注水泥器变形进行分析.结果表明,固井过程中注入不同流体产生的压力不同,压力对分级注水泥器的变形量有较大影响,本体与滑套的变形是导致循环孔无法正常打开或关闭的主要原因.     

高温岩体热流固耦合损伤模型及数值模拟

高温岩体地热开发过程中存在渗流场、应力场、温度场3场耦合效应。针对目前考虑损伤作用和热对流影响的3场耦合模型、关于热储层特别是人工储留层周围高温岩体的热破裂、温度场的变化和热对流交换规律的研究以及原位试验方面的资料较少的现实,建立了高温岩体热流固耦合损伤模型,并将上述模型用于高温岩体地热开发中。通过数值模拟,揭示高温岩体地热开发过程中高温岩体的热破裂机理、温度场、渗流场的变化规律以及人工储留层中热流体的对流规律,所得研究成果对高温岩体地热开发具有理论意义和实用价值。     

热流固耦合下T型管道疲劳分析

为研究热流固耦合下对T型管道疲劳寿命的影响，基于ANSYS有限元软件对管道流场内的压强场、速度场的演变规律进行研究，根据相关性理论，引用皮尔逊相关性系数对结果进行相关性分析。结果表明流场区域内的压强和速度的变化规律同主支管温差关系极小，与主支管速度差关系密切；通过流固耦合分析得到管道在受流场复杂应力以及不同管道初始应力的情况下所产生应力的变化规律，发现管道最大等效应力出现在T型连接处和固定端附近；根据皮尔逊相关性系数发现管道最大应力以及危险点处的疲劳寿命同主支管温差关系显著。     

热流道注射成型的施曳换料

在热流道注射成型过程中,换料不彻底和费时常常影响制品的质量和生产率,在生产中,采用多次注射法或以白色材料作为换色的过渡料等方法实现快速换料。作者基于聚合物熔体的流变行为,提出了施曳换料的概念,建立了新料熔体和旧料熔体在热流道系统中共同流动的物理模型和数学模型。结果表明：该模型较好地解释了注射速度、注射压力、粘度、温度、热流道模具的结构等对施曳换料效率的影响;当热流道模具采用分区加热、多点控温技术时,控制新、旧料熔体的粘度小,可以明显提高换料后期的换料能力,改善生产中先易后难、先快后慢的换料过程,提高整个过程的换料能力。     

脉动流诱导振动的双向热流固耦合强化传热机制

脉动流诱导振动换热管强化传热技术是实现过程换热设备节能降耗的一种有效途径。基于热流固双向耦合理论,研究了脉动流诱导振动换热管的边界变形运动与近壁脉动流动的双向耦合作用对流固共轭耦合传热特性的影响。结果表明:脉动流诱导振动边界变形运动与近壁脉动流动的热流固双向耦合作用能有效强化近壁壳程流体的传热,且其热流固双向耦合作用和强化传热强度随脉动流的脉动频率加快而增加。研究发现热流固双向耦合作用是通过传热驱动力温差的增大和近壁壳程流体产生的内涡流所诱发的微对流来强化壳程流体的传热,当脉动流频率为50 Hz时,可使换热管的壳程传热系数增加24.3%,强化传热效果明显。     

流体流动和岩石变形耦合对井壁稳定性的影响

无论是过平衡钻井，还是欠平衡钻井过程，都可能导致井周围地层孔压力改变，这样就使我们通过假定地层孔隙压力恒定而得到的井周应力分布和地层的安全钻井液密度范围与实际偏离。滤饼质量直接影响到井周围流体流动的情况和井壁附近地层的孔隙压力。定量地计算分析了滤饼质量和流体流动对井周地层径向应力、周向应力、轴向应力和剪应力的影响，结果表明，一方面，随着滤饼质量的提高，井筒内流体在正压盖下向地层中流动的能力和程度逐渐减小，井壁地层孔隙压力逐渐趋原始地层孔隙压力，井壁岩石所受到的径向应力逐渐增大，井壁的稳定性逐渐变好；另一方面，地层颗粒间的接触应力逐渐增大，岩石抵抗性破裂的能力增强，地层的破裂压力提高，井壁稳定性变好。滤饼质量好坏对代渗透地层的影响尤其显。     

基于LTNE的二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合数值分析

针对目前多孔介质热流固耦合数学模型多为不完全耦合模型,且物理模型多为一维或一维轴对称模型的现状,对二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合问题进行数学建模和数值分析.采用强耦合方式实现热流固3个物理场的完全耦合.在平板左侧施加30℃流体和固体温度边界条件及固定位移边界条件,平板其他边界温度场和位移场假设为自然边界条件,平板四周加载0Pa的孔隙压力边界条件.利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件的偏微分方程（PDEs）模式实现上述完全耦合模型的求解,得到渗流场、应变场以及双温度场的数值解.数值结果表明,随时间增加,流体和固体温度、应变及孔隙压力沿x轴方向传递,同时发现x轴方向应变远大于y轴方向应变.此外,随时间增加,y轴方向应变和孔隙压力最大值逐渐减小.研究建立的数学模型和数值解有助于深入认识二维饱和多孔介质热流固完全耦合力学行为.     

多场耦合作用下的超高索塔混凝土结构自变形分析

鉴于单一因素、标准条件下的混凝土变形模型不能真实评价实际混凝土结构处于多场耦合作用下的服役性能,讨论了混凝土水化-温度-湿度多场耦合作用的物理机制,建立了相应的材料变形计算模型。沪通长江大桥超高索塔塔根底部结构混凝土的计算实例表明:大体积混凝土早期水化热应力产生的总体膨胀变形量可达350με,随着距塔截面中心距离越远,膨胀变形越小。另外,随着水化进行,混凝土内相对湿度降低而产生自收缩变形。     

3D打印速度对成型精度影响的有限元模拟与研究

3D打印技术是区别于传统减材制造的一种加工方法。为提高3D打印件的成型精度,通过有限元分析软件ANSYS,利用其生死单元技术及耦合分析,针对影响成型精度的关键因素之一—打印速度(喷头水平移动的速度),进行打印过程中温度场和应力场的分析。通过计算分析后得出以下结论:在其他条件不变的情况下,随着打印速度的逐步提高,打印件的精度先提高后下降,在打印速度为50mm/s左右时达到最优。该方法为分析其他因素对成型精度的影响提供了一种新方式,为进一步分析多种因素共同作用下得到最佳打印参数提供了思路。     

面曝光快速成型过程中树脂收缩变形

为了研究面曝光固化过程中树脂收缩行为对成型零件变形的影响,设计并制作了基于DLP(digital light procession)技术的面曝光固化快速成型机,分析了光固化过程中树脂收缩的原因.对树脂在自由液面和约束液面2种曝光情况下的收缩行为进行实验,同时将固化成型件进行二次固化.结果表明:自由液面曝光时,B5B型树脂的收缩量与曝光时间成正比,最终稳定在4%左右,而在约束液面情况下由于溢出光固化效应导致收缩量随曝光时间增加而减小.二次固化过程中仍会产生收缩,收缩量占收缩总量的40%~50%.     

隧道开挖过程中复杂裂隙围岩的固流耦合分析

隧道通过裂隙岩体的含水区段时,人为扰动了裂隙岩体、地下水等构成的复杂地质系统,是造成各种涌水、突水、突泥事故的重要原因。为了研究复杂地质条件下隧道开挖过程中岩体变形、流体运移相互作用过程,探讨其对隧道涌、突水的影响,在上述复杂过程进行理论分析的基础上,根据深埋隧道围岩裂隙发育规模与工程尺度的关系,建立可以同时考虑不同级别裂隙网络的复杂裂隙岩体水力学模型,采用有限元法对复杂裂隙岩体中开挖隧道的固流耦合过程进行了数值模拟,模拟结果体现了主干裂隙在渗流中的强导水作用和网络状裂隙的贮水功能与渗流滞后效应,开挖过程中复杂裂隙岩体渗流场与应力场的耦合作用显著的增加了隧道围岩屈服区。     

工艺参数对高光注射成型制品翘曲的宏观影响

以线性、小变形、热弹模型Duhamel-Neumann方程为基础,研究了温度因素对高光(无痕)注射成型(Rapid heat cycle molding,RHCM)制品残余应力的影响。开发了车载高光蓝牙模具和温控辅助装置,研究了工艺参数对RHCM制品翘曲的宏观影响。结果表明:RHCM成型模温设定应该有上限值,在相同的模温下各参数在可行范围内设定条件下,对制品翘曲的影响由大至小依次为:保压时间、保压压力、熔体温度、注射压力、冷却时间。随着模温逐步升高,制品翘曲呈准线性减小趋势,且随着熔体温度和注射压力的升高而小幅度减小,随着保压压力的升高、保压时间和冷却时间的延长而小幅度"V"型波动,且均在塑料热变形温度附近达到极小值。     

注射成型的过程质量分析系统

文章将注射成型过程质量分析作为一个系统整体,依据系统辩证学的有关理论,对影响注射成型过程质量的因素进行了识别分析,简要阐述了其整体性、功能性、目标性、可控性、适应性等特征。     

轧辊弹性与热变形的耦合对带钢出口断面的影响

用影响函数法分析了冷轧风的四辊轧机辊系的弹性变形，并用有限单元法对轧机工作辊的热特性进行了三维模拟，耦合计算结果表明，轧辊的热特性对带钢的出口断面有重要影响，利用影响函数法和有限单元法耦合分析轧辊的弹性变形和热变表可以比较准确地预报轧件的出口断面。     

乘波飞行器连接结构的热固耦合分析

高超声速飞行器设计中的主要问题是气动加热时引入的高温对结构的不利影响，乘波体前缘连接结构的热结构设计显得尤为重要。文章提出一种计算高超音速乘波体的热固耦合分析方法，重点对乘波体连接结构的受热和受力情况进行分析，并讨论了冷热壁面转换迭代次数及接触热导、表面辐射系数对计算结果的影响，从而为乘波体连接结构的热场及强度分析提供有意义的指导和参考。     

本煤层超前卸压瓦斯抽采的固-气耦合试验

对不同工作面推进速度条件下的超前支承压力演化规律及瓦斯抽采量的变化规律进行了对比分析,对不同轴压卸载起始点、不同围压卸载速度情况下的煤岩固-气耦合规律进行了试验研究.结果表明：轴压、围压同时卸载过程中,煤样经历了应变回弹、应变增加及应变软化3个阶段,轴压卸载起始点越小、围压卸载速度越慢,应变回弹过程越明显.反之,煤样越快进入应变增加和应变软化阶段.固定围压、加载轴压过程中,煤岩渗透率逐渐降低,瓦斯流量变小.轴压、围压同时卸载过程中,煤岩渗透率由缓慢增大到快速增大.当轴压、围压卸载到一定程度后,煤岩渗透率发生突跳.轴压卸载起始点越高、围压卸载速度越快,煤岩渗透率发生突跳时的轴压卸载量越小.     

人工骨支架多场耦合力学数值仿真

建立多孔骨支架重组的多物理场耦合数值分析模型,研究了多孔骨组织支架在流固耦合情况下,骨架间隙营养液和骨架颗粒随外栽变化规律.仿照自然骨解剖结构建立了具有哈福氏(Haversian)和福克曼(Volkmann)管道的人工骨支架模型和用于数值分析的1/16简化模型,根据力学平衡条件推出应力场方程,建立动态孔隙率和渗透率数学模型;考虑骨架变形和营养液具有可压缩特性,根据流体力学连续性方程,推导出孔隙流体的连续性方程一渗流方程.辅以控制方程和定解条件,建立人工骨饱和多孔介质流一固全耦合渗流的数学模型;进而分析多孔人工骨支架应力场、孔隙间骨液压力场及渗流速度场在各种栽荷下的分布规律.