摘要：Zn-Cu-Ti合金是一种应用前景十分广阔的锌基合金。将Cu、Ti元素加入锌基体中,不但能使材料硬化,而且可有效提高材料的抗蠕变性能,其良好的综合力学性能可与铜合金相当,且密度更低。Zn-Cu-Ti合金继承了金属锌极佳的耐蚀性,用其板材替代传统的镀锌板,在大气环境中作为屋顶覆盖材料可使使用年限延长几十倍。我国的锌矿资源储量和产量均居世界前列,但Zn-Cu-Ti合金在锌的应用中占比极低。首先,目前Zn-Cu-Ti合金的应用领域较单一,作为建筑墙板和屋顶用材,国内加工成卷板的处理工艺存在较多不足,高质量的卷板还需要进口。其次,Zn-Cu-Ti合金在自然大气环境中具有极佳的耐蚀性,但在特殊腐蚀环境下的腐蚀机理研究极不清晰。最后,Zn-Cu-Ti合金在高温和低温环境中的力学性能仍较差,对其力学性能的研究还没有统一的结论。这些均限制了该合金在其他领域的应用。近年来,国内外学者积极探索锌合金改性技术,新开发的锌合金压铸件形状精密且复杂,常用来制作轴承、模具、耐磨和减震部件等。研究已证实,选择合理的工艺将可大幅提升Zn-Cu-Ti合金的力学性能和耐蚀性能,如机械加工及热处理可以改变化合物相的尺寸、分布和金属离子的固溶度等。适当增加Cu含量可提高合金的硬度及抗拉强度;Ti对锌合金韧性有一定的改善作用;加入Gr、Mg和稀土等元素会改变合金相组成、晶粒尺寸以及腐蚀层结构等,进而改善合金的力学性能及腐蚀性能。在实验中,实验设计包括改变合金成分比例,添加微量金属元素,改进制备、加工和热处理工艺等。力学性能测试主要包括硬度、抗拉强度、塑性和韧性等。腐蚀性能测试包括合金自腐蚀速率、电化学腐蚀和应力腐蚀开裂等。分析方法除微观结构、相组成测试外,还包括利用腐蚀层致密度分析合金耐蚀性能及建立数学模型等。从长期来看,Zn-Cu-Ti合金在锌的消费结构中的比例将会逐渐增长。在应用中,Zn-Cu-Ti合金也将成为电器用材、五金用材、汽车部件和涂层材料等的优质替代材料。本文结合Zn-Cu-Ti合金的特点,阐述国内外Zn-Cu-Ti合金在力学性能和耐腐蚀性能上的研究进展,总结Zn-Cu-Ti合金制备工艺、成型工艺以及腐蚀方面的基础理论研究成果。同时,结合Zn-Cu-Ti合金的应用前景,展望Zn-Cu-Ti合金更广泛的应用,以期为Zn-Cu-Ti合金的开发和应用提供必要的参考。

摘要：为解决井下工具长期运行的供电问题,设计了一种小型磁力悬浮式井下发电装置,通过磁力悬浮结构实现叶轮单元的无接触扶正,避免了摩擦带来的启动和效率问题。考虑到结构参数与工作参数对装置发电能力的影响,采用正交设计试验法对该装置进行了组合优化设计,对不同组合参数的装置进行模拟仿真。研究结果表明:发电功率影响因素的重要程度依次为入口速度、扭转力矩、叶片角度、叶片数和叶片高度;在10 m^(3)/d流量工况下,内径34 mm的磁力悬浮式井下发电装置的最优结构为叶轮叶片数16,叶片高3 mm,叶片角度45°;在10 m^(3)/d流量工况下,随着扭转力矩的增大,发电功率呈现先增加后减小的变化趋势,最优扭转力矩为0.003 N·m^(3)优化后的磁力悬浮式井下发电装置试验功率可达0.332 W,使用36 min可充满容量为1200 mAh的5 V锂电池,充电完成后可为工作电流不高于20 mA的用电工具持续供电60 min以上。研究结果可为解决井下工具供电问题提供参考。

摘要：文中针对在流量脉动条件下,无罩、圆柱状、“柱+锥”状稳涡罩对气液分离器的分离性能及流场特性产生的影响,进行了数值模拟和试验研究,提出了旋流场脉动衰减程度评价指标———脉动衰减率(ηp),其值大小与脉动衰减性能成反比。研究结果显示:在流量脉动条件下,“柱+锥”状稳涡罩对于提高旋流场稳定性的能力最为显著,脉动衰减率为0.01028,分离效率最高可达95.15%;同时,运用高速摄像技术对两相流场中气核运动及变化形态进行可视化观测,掌握了基于流量脉动条件下,旋流场内气核的运移规律,并将其划分为4个阶段(断续阶段、汇聚阶段、融合阶段、最终阶段),发现“柱+锥”状稳涡罩旋流器的气核向中心轴线聚集趋势显著,形成具有向上运动形态的空气柱,对旋流场内脉动流有明显的抑制作用。

摘要：为实现采油井筒井下等有限空间内开展油水高效分离处理,设计了一种新型轴流式两级一体化水力旋流器,对旋流器9种不同结构参数对分离性能的影响规律进行了系统研究,并对结果进行了试验验证。依据各结构参数对旋流器分离效率的影响,确定了最佳结构参数,获得最高分离效率为96.38%、溢流压降为89.42 kPa;重点对二级稳流锥角参数变化对质量效率影响并不稳定的原因进行探究,研究发现特定的二级稳流锥角为12°时,在二级稳流锥角外壁面处不产生循环流,且在总溢流口上方位置会产生回流现象,从而可最大程度提高分离效率;旋流器内的循环流和回流也会影响压降的变化,增大溢流压降更有利于油相分离。本文研究可为轴流式水力旋流器的结构设计及实际应用提供参考。

摘要：研究固结型多孔介质的阻力压降与阻力系数的相关性,以具有固结型多孔介质结构特点的铜网为多孔介质区域,建立水平管段内流动阻力模型;利用无量纲的π定理分析法推导出黏性阻力系数和惯性阻力系数与雷诺数和欧拉数具有系数相关性,归纳比较了公式法和拟合法用于计算多孔介质阻力系数的求解方法;设计一种用于测量具有不同结构特点的多孔介质材料阻力系数的实验装置,通过实验测量法和多孔跃迁模拟法研究流体阻力压降的特性。结果表明:铜网阻力压降随入口速度的增大而增大,入口速度较小时,阻力压降变化幅度较小,随入口速度逐渐增大,阻力压降变化幅度逐渐增大;相同速度条件下,铜网阻力压降随着目数的增加而增大;铜网内流体阻力压降实验值与利用多孔跃迁模型得到的模拟值吻合较好。多孔跃迁模型的可靠性验证为完善多孔介质区域的模拟方法具有实际价值,为详细描述多孔介质阻力特性具有参考意义。

摘要：针对微型旋流器分离性能受结构参数影响较大的问题,基于数值模拟方法和Box-Behnken设计,采用二阶多项式基函数构建微型旋流器底流口直径等5个主要结构参数与分离效率及压力损失间的数学关系模型,并对优化前、后的微型旋流器开展数值模拟和室内试验。通过对模拟数据进行方差分析验证了数学关系模型的精度,等高线图明确了结构参数之间的交互作用以及对分离效率及压力损失的影响程度。结果表明,底流口直径、小锥角、溢流口直径是影响微型旋流器分离效率和压力损失的重要结构因素;优化后的微型旋流器的结构参数为L_(1)=9.554 mm,D_(d)=2.184 mm,D_(o)=2.977,θ=9.39°,θ_(2)=2°,相较于初始结构分离效率提高了3.7%。研究结果可为高性能井下油水分离微型旋流器的设计提供参考。

摘要：针对油水分离中小粒径油滴难以分离的情况,设计了一种水力聚结器,借助析因筛选设计及响应曲面优化设计,结合有限体积法,并以综合考虑油滴粒径尺寸、体积占比及平均粒径等多因素提出的一种聚结效率计算方法作为评判指标,对其进行结构参数显著性分析及结构优化设计。以优化前、后的水力聚结器为模型,在相同工况下开展聚结性能模拟测试。测试结果表明,显著性较高的参数依次为锥段长度L2、尾管长度L3以及内心底径d,根据得到的结构参数与聚结效率间的最优回归方程,确定出最佳结构参数值,即锥段长度为678.63 mm,尾管长度为99.89 mm,内心底径为10 mm。优化后的聚结器出口处平均粒径由524.7μm增加至550.9μm,聚结效率由14.26%提高至14.55%,聚结性能得到明显提升,验证了优化结果的准确性及可行性。研究结果可为旋流分离设备设计提供参考。

摘要：深井、超深井采油是实现原油产量接替的重要保障,采用传统的机械采油方式进行深井采油具有一定的局限性和低效性。一方面改进传统机械采油方式,设计采油配套工具,以满足深井采油技术条件;另一方面采用有杆与无杆采油装置的优选组合方式,设计复合举升工艺,提高举升效率。未来深井采油将向无杆化采油方式发展,融入压力场、温度场、流场的多场耦合设计,建立深井采油系统设计方法,加强高温、高压、高气条件下采油装置适应性,提高设备运行可靠性,形成从设计、运行到管理的深井采油技术。

摘要：海上油田含水率持续增高,增加了采油平台的处理负担和井下的举升压力,因此有必要对海上特高含水油井开展井下油水分离研究。根据海上油田采出液物性参数,初步设计了6种适用的油水分离旋流器。考虑海洋平台井下油水分离工艺的限制、加工成本及精度与分离效果等因素,确定了BLXDL-D为最佳分离装置。针对变螺距螺旋导流式单锥旋流器BLXDL-D结构类型,采用数值模拟的方法对其主要结构参数进行了优化研究,对模拟的可靠性进行了室内试验验证。研究结果表明:BLXDL-D油水分离旋流器最佳的旋流腔长度为65 mm,溢流管直径为12 mm,底流管直径为25 mm,此时旋流器分离效率可达到97.23%,且压力损失相对较小;不同分流比下分离效率的试验值和模拟值最大误差为4.79%,验证了数值模拟的准确性。研究结果可以为海上高含水平台的井下油水分离旋流器的设计和应用提供参考。

摘要：针对常规双锥旋流器对小粒径油滴难以分离的问题,设计了一种主直径为20 mm的微型旋流器。为进一步增强微型旋流器的分离性能,利用PB试验和响应面分析法的CCD (中心组合设计)试验对影响微型旋流器分离性能的结构参数进行优化。PB试验对影响微型旋流器分离性能的6个因素进行了评价,筛选出具有显著效应的大锥角和溢流管直径两个因素;采用RSM试验设计确定了主要影响因素的最优结构参数值:大锥角为15.28°和溢流管直径为7.25 mm;明确了大锥角与溢流管直径对分离效率的交互影响关系,分别构建了分离性能与待优化参数的数学模型。通过数值模拟,对完成结构优化的微型旋流器进行分离性能验证,结果表明,分离效率较优化前的91.15%提升至优化后的93.77%,分离效率可提升2.62个百分点,该研究为微型旋流器分离性能的进一步提升提供了优化思路。