摘要：针对传统方法在岩石力学性能研究中的不足，提出一种兼具准确、高效的有限元数值模拟和多目标机器学习的岩石力学性能预测方法。采用连续损伤力学方法对岩石力学试验过程细观有限元模拟，得到机器学习的样本数据；以单轴抗拉/抗压强度、弹性模量、泊松比和围压为特征变量，以应力-应变矩阵和损伤变量矩阵为目标变量，采用粒子群-随机森林算法建立岩石三轴力学性能预测模型；在此基础上，开发岩石三轴力学性能预测系统，实现应力-应变曲线和破坏形态的直观显示。该方法在岩石力学实验教学中取得了良好的效果，也为工程设计和计算提供了有益的参考。

摘要：纯氢与掺氢天然气管道是实现氢气长距离、大规模输送的最佳方式之一,其中摩阻系数是气体管道水力计算的关键参数,现有的经验公式不能满足预测掺氢天然气的摩阻系数要求。为改进传统的摩阻系数计算公式在纯氢与掺氢天然气管道系统的适用性,搭建了纯氢和掺氢天然气管输调压综合实验平台,开展纯氢和不同比例的掺氢天然气管输流动实验,根据实验采集的流量、温度、压力和管道的长度、管径等参数计算管道的摩阻系数,同时建立了摩阻系数与雷诺数、粗糙度之间的关系,并修正了传统摩阻系数公式,最后利用湖南省巴陵—长岭纯氢气管道的实际运行数据进行了验证。研究结果表明:①由于氢气与天然气物性差异较大,掺氢比会影响流动摩阻系数,相同条件下掺氢比越大摩阻系数越小;②传统摩阻系数计算公式存在30%左右的误差,创新提出的适用于纯氢和掺氢天然气的3段式摩阻系数经验公式,相对误差最大11.84%,能够有效降低误差;③与巴陵—长岭纯氢气管道实际的运行数据相比,修正后摩阻系数预测公式的平均误差为0.62%,该公式可以满足实际工程的误差要求。结论认为,得到的纯氢与掺氢天然气管道摩阻系数修正公式可应用于纯氢与掺氢天然气管道工程设计,具有重要的工程应用价值和前景。

摘要：如何获得高掺混均匀度和精度的掺氢天然气是天然气管道掺氢输送的核心问题之一。虽然目前常采用随动流量掺氢工艺,但国内外尚未见公开报道的实验数据,氢气和天然气的掺混均匀度和掺混精度得不到实验验证,在一定程度上制约了掺氢天然气管道输送技术的进一步发展。为此,研究了天然气管道随动流量掺氢工艺,并基于高效静态混合器、氢组分浓度三维在线检测和双反馈随动流量定比掺氢,搭建了天然气管道随动流量掺氢实验系统,最后开展了掺氢流量100 Nm3/h以内、掺氢比5.0%~20.0%的实验研究。研究结果表明:①设计搭建的随动流量掺氢实验系统的掺混均匀度大于95%,不考虑测量误差影响时掺氢精度绝对值小于等于1.67%,考虑测量误差影响时,当掺氢比大于等于10.0%时掺氢精度绝对值小于等于3.30%,而掺氢比为20.0%时掺氢精度绝对值小于等于1.70%,随动流量掺氢性能优于标准规范技术指标;②相同实验条件下,受氢气分析仪精度等级和量程的影响,掺氢比越小,掺氢精度越低;③为合理表征掺氢精度,在制定相关标准规范时建议根据掺氢比范围分级定义随动流量掺氢精度。结论认为,该成果认识可为掺氢天然气管道输送技术的发展和相关标准规范的制定提供重要理论和技术参考。

摘要：目的 超声速分离是一种基于收缩-扩张喷管的新型气体净化与燃料气加工技术.旋流后置型超声速分离器中的旋流器通常设置在扩压段前,易诱发正激波并破坏分离器内部低温环境,同时,激波难以控制.因此,拟通过优化超声速分离器结构的方式削弱激波的影响.方法 ①基于热力学和空气动力学的原理,提出了一种适用于旋流后置型超声速分离器的激波控制理论;②根据该理论设计了一种能够控制激波的跨旋流结构,建立了该结构的普适性设计公式;③通过数值模拟研究,分析了跨旋流结构的倾斜角度、渐扩段长度、旋流器的叶片扭转角度 3个重要结构参数对激波控制的影响.结果 当跨旋流结构的倾斜角度为 3.3°、渐扩段长度为 107 mm、旋流器的叶片扭转角度为 120°时,分离器具有最佳性能.结论 相比传统的旋流后置型分离器,添加跨旋流结构可以保证流体流通面积在渐扩段持续增加,从而实现对激波的有效控制,以提高分离器的冷凝和分离效率.

摘要：为应对海洋钻井过程出现的高压溢流和井涌风险,设计了一种井下应急封隔器装置,在内外胶筒间添加金属骨架提高其坐封强度。为评估井下应急封隔器的坐封效果,利用有限元方法建立井下应急封隔器模型,模拟了封隔器的坐封过程,并对比了金属骨架对胶筒接触应力、坐封效果的影响。结果表明:20 MPa坐封压力下,胶筒与套管接触应力达到12.1 MPa,封隔器能够封堵20 MPa井下溢流;添加金属骨架后,胶筒峰值应力、变形均显著降低,坐封能力大幅提升。所设计的井下应急封隔器装置可实现高压溢流、井涌的有效封堵,保障平台作业安全。

摘要：氢是推动海上水、风、光、电资源清洁高效利用的理想媒介,构建深海氢能产业体系对保障能源的供应安全、实现"双碳"目标、促进能源领域企业转型升级具有重要意义.为了开展氢能等海上新能源的实验教学活动,加深学生对机械设计基础(含课程设计)、流体力学(含实验)、氢能及新型能源动力系统、氢能存储与利用等专业课程内容的掌握,该文设计了应用于海上氢气液化系统(liquid hydrogen floating production storage and offloading unit,FLH2)的浮式多孔介质通道内外流动实验装置,包括浮式通道内多孔介质流动阻力测试实验装置与浮式通道外降膜流动测试实验装置两个部分.该装置具有较好的实验教学效果,可提升学生的工程实践能力和研究海洋能源高效利用领域的创新能力,拓展学生在深海氢能储运方面的知识储备.

摘要：随着能源与经济的迅速发展,交流输电线路与油气管道交叉并行的现象越来越常见,交流输电线路稳态运行与故障状态下的交流干扰对人体、管道与阴极保护设备的危害倍受广泛关注。通过对比分析国内外有关交流干扰的规范标准和最新研究成果,提出了交流输电线路稳态运行、输电线路故障时的相关干扰限值问题。建议稳态工况下人身安全电压为33 V、故障工况下采用GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》中的人体可以承受的接触电压计算式;管道交流腐蚀程度采用GB/T 40377—2021《金属和合金的腐蚀-交流腐蚀的测定防护准则》判定;为了避免电弧损伤,管道与接地体应有一定的安全距离;管道涂层的电气强度为25 MV/m,耐受电压值为5000 V,雷电冲击的耐压值为109 kV;恒电位仪应能承受50 Hz、30 V的持续交流干扰与1500 V的瞬间干扰,Mg阳极在交流电流密度为30 A/m^(2)时,便无法保证提供足够的阴极保护,Mg阳极不发生极性逆转的交流电流密度为100 A/m^(2)。

摘要：“建筑环境测试技术”课程是面向建筑环境与能源应用专业本科生的一门技术基础课。该课程具有各知识点相对独立、关联性较小、实践性强、灵活度高等特点。在授课过程中存在以教材为载体的教学资源不能与时俱进,教学设计不能满足学生较高的学习需求、以往的考核标准不能激励和体现学生的个性发展等问题。为解决以上问题,结合青岛滨海学院应用型本科的办学定位,“五育五化”的办学特色,探索性地提出了“学—践—思—创”四步育人教学模式,将课程内容配置于学习、实践、思辩、创新四个阶段,开展项目式、进阶式教学。在“学—践—思—创”的四个阶段,学生角色从学习者到实践者到思辨者再到创作者,能力从学能到增能再到展能,同时高阶创新对低阶学习起到反哺的作用,形成闭环效应,达到良好的育人效果。

摘要：[目的]随着“双碳”目标任务持续推进,中国的碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)作为实现大规模碳减排的托底技术迅速发展,作为CCUS产业链中连接上下游的关键环节——CO_(2)管道工程建设也迎来了黄金发展机遇。然而,中国CO_(2)管道工程建设起步较晚,为了推动中国CO_(2)管道工程建设与发展,亟待对CO_(2)管道输送关键难题与核心技术开展系统攻关,并建立CO_(2)管道输送技术标准体系。[方法]基于文献调研对中国CO_(2)管道输送技术发展现状进行梳理评述,从CO_(2)相特性、管输工艺、管道安全、软件仿真、标准规范等方面总结分析了CO_(2)管道输送技术的重要进展,并根据中国的碳源碳汇分布特点对未来CO_(2)管道规划及管输技术发展提出建议与展望。[结果]与欧美国家相比,目前中国长距离超临界CO_(2)管道工程较为欠缺,仅齐鲁石化—胜利油田的密相CO_(2)管道工程建成投产,此外大庆石化、吉林石化CO_(2)管道工程处于初步设计阶段,未来CO_(2)管道工程建设将持续加速。[结论]中国的超临界CO_(2)管道输送已拥有一定的技术储备,但在中试试验的测试及理论模型改进方面仍需继续攻关,同时应加速推动相关技术的工程示范应用,完善CO_(2)管道输送技术标准体系,以期为未来区域千万吨级CO_(2)管道运输网络以及区域间CO_(2)干线管道规划建设提供全面有力支撑。

摘要：[目的]工业CO2管道输送一般维持在超临界/密相高压运行,一旦发生管道泄漏,泄漏口附近区域将产生高浓度CO2,对周围人员、生物等带来严重伤亡威胁.目前针对CO2管道泄漏影响范围与安全距离的定量分析相关研究较为欠缺.[方法]为探究超临界/密相CO2管道泄漏扩散规律,并得到不同CO2暴露浓度下的安全距离,采用自主设计的大型CO2管道泄放扩散实验装置,开展不同压力、温度条件下的CO2管道泄放实验,分析泄放后扩散区域的CO2浓度变化规律及典型体积分数下CO2的影响范围.[结果]在实验压力与温度范围内,近泄放口处CO2的体积分数主要受射流作用影响,在所有实验工况中,距泄放口 5 m处CO2体积分数最高可达70％,距泄放口 10 m处CO2体积分数均低于8％.计算得到距离泄放口 5 m处体积分数大于4％的CO2泄放持续时间最长达到125.6 s,随着管内压力的升高,CO2体积分数大于4％的泄放持续时间更久.距离泄放口较远处CO2的体积分数受湍流扩散和环境风速、风向的影响,管内压力在7.5～10.5 MPa时,体积分数4％的CO2扩散的最远距离为32 m;管内运行温度为20～40 ℃时,体积分数4％的CO2扩散的最远距离为20 ***2管道泄放后,扩散区温度也会降低,随着初始压力的升高或管内初始温度的降低,扩散区的温降增大.[结论]管内运行压力越高或管内初始温度越低时,CO2的扩散距离越远,但环境风会影响CO2扩散距离.在工业CO2管道发生泄放后,不仅要根据CO2管道运行状态,还要结合环境风速与风向综合考虑来进行危险区域划定.(图11,表1,参20)