摘要：文章设计搭建了高压流体注入诱发断层失稳模拟实验平台,实现了地应力、高压流体的组合加载,同步监测采集了典型岩样应变、流体压力及声发射等物理量的协同响应数据。该平台还可用于深部能源开发多物理场耦合特征研究。该实验直观展示了高压流体影响下断层的活动响应特征,在此基础上结合数值仿真实验,进一步加深了学生对实验现象和工程问题的理解,训练了学生多物理场监测仪器操作、科学问题分析及实践创新综合能力,实现了教学内容与工程实践、学术研究的紧密结合。

摘要：设计并搭建了室内立式水环输送实验系统。通过齿轮泵控制水相和染色后的油相分别从水相、油相入口进入水环发生器,保持油相入口流量不变,改变水相入口流量,稳定之后使用高速摄像仪拍摄管道内流型,进行了立式水环流型实验,分析了不同油水流量下管道中的流动特性和油水表观速度对成环效果的影响。实验结果表明:立式水环中油水界面产生“蛇形波”形式的界面波,使得油相核心保持连续状态而不断裂;油水速度比在0.75~1.5范围内成环效果较好,当油水速度比过小时,输水量过大,界面张力不足以维持油相核心的稳定,油相核心发生破裂,分散为小油滴成为散状流;超过临界值时,油相核心在扰动作用下可能污染管壁。

摘要：以多孔介质流体渗流和围岩应力耦合理论为基础,提出一种基于有限容积法(FVM)的水力耦合作用下射孔围岩水力压裂破裂数值模拟方法。首先,考虑初始地应力和流体渗流对射孔围岩的影响,运用坐标转换和叠加原理得到围岩应力分布。其次,考虑围岩渗透率和孔隙度的应力敏感性,通过渗流力学分析确定射孔围岩的流体压力。最后,探讨水力压裂射孔围岩破裂准则的基础上,构建考虑水力耦合的射孔围岩水力压裂力学模型,并基于有限容积法对渗流方程和应力方程予以离散,提出水力耦合作用下射孔围岩水力压裂破裂数值模拟方法。该方法实现了流体渗流与围岩应力的耦合,可精确求解水力耦合作用下射孔围岩水力压裂破裂压力和破裂时间,亦能对流体压力和围岩渗透率演化予以准确描述。相关成果丰富了水力压裂破裂机理的研究,亦可对实际工程设计提供重要的参考。

摘要：目前,在氢能储运技术中,利用现有天然气管网以掺氢天然气的形式输送氢气最为经济,掺氢天然气输送技术受到国内外研究机构的广泛关注。然而,管线钢在输氢过程中因氢与基体接触,可能发生氢脆现象,导致其力学性能发生劣化,威胁管道的安全运行。以天然气管道典型用钢X52、X80钢为研究对象,通过高压气相氢环境下的原位拉伸实验和断口形貌分析研究其在实际掺氢工况下的力学性能变化规律,分析氢分压对材料屈服强度、抗拉强度、断面收缩率及氢脆指数的影响。结果表明:掺氢天然气随氢分压增大,X52、X80钢的塑性逐渐下降,氢脆程度加剧;与X80钢相比,X52钢更适用于掺氢天然气输送。研究成果可为未来掺氢天然气管道的设计选材与安全运行提供参考。

摘要：针对工程中的反问题,以POD(最佳正交分解,Proper Orthogonal Decomposition)技术为基础设计了一种反问题的低阶计算模型,通过采集到的有限输出结果,仅采用简单的非线性规划与插值法即可求解该模型,大幅度地降低了工程中的反问题的求解难度与计算时间。由于模型求解过程不涉及原物理问题的控制方程,因此,该模型在实际中具有一定通用性。以圆管内强制对流换热问题为应用实例,结果表明,基于一些热电偶测量的温度数据,低阶反问题计算模型能够较精确地反算出未知的流体进口温度与圆管外壁热流密度,与真实值相比仅相差1.0%左右。此外,与经典的共轭梯度法相比,低阶反问题计算模型的计算速度可提高1200倍以上。

摘要：为了克服形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)管接系统在装配过程中的数值模拟不够精细,SMA管接头紧固力影响因素研究不够详尽的缺点,基于热力学Gibbs自由能,推导SMA在相变过程中应力张量增量与马氏体体积分数增量之间的关系,基于非线性有限元分析软件ABAQUS二次开发功能,同时考虑材料弹性模量的变化以及马氏体相变的温度效应,编写ABAQUS用户材料子程序,对连接系统的装配过程进行数值模拟,有效描述整个管接系统在热力耦合作用下的相变和力学行为。数值结果表明,被连接管壁的应力最大值出现在内壁靠近管接头端口位置;管接头端口附近接触应力梯度很大,沿轴向从零迅速增加到最大值,然后逐渐回落到一个较高的稳定接触应力值;管接头管壁内的应力和马氏体相变沿管壁由内向外呈梯度分布;整体接触压应力水平表现出与管接头壁厚成正相关,与管接头内径成负相关,与扩径内压无关特性。更准确模拟了SMA管接系统在装配过程中的相变和力学行为,详尽分析了管接头产生紧固力的影响因素,为SMA管接头的设计提供理论基础和指导。

摘要：基于油气储运工程专业课程实验少有涉及天然气液化工艺中主低温换热设备,自主设计了天然气液化主低温换热器流动换热特性测试装置,装置具有较好的通用性,可实现不同类型的低温换热器流型观测和性能测试。同时基于可拆卸的测试段设计,能够实现绕管式换热器、印刷电路板式换热器等不同换热器结构参数、换热管型等对换热特性影响的研究。介绍了该装置的工艺流程和测试实验件的设计,分析了实验系统用于课程实验的可行性。结合本科生液化天然气利用技术以及传热学等相关课程的教学内容,设计了用于低温换热的绕管式换热器和印刷电路板式换热器的相关教学实验,得出了典型测试条件下流型观测结果及换热和压降特性曲线。

摘要：根据预应力隔热管在制造、下入和注蒸汽等工况下的受力变形特点,建立了基于最佳胀率原理的隔热管内、外管设计计算力学模型,推导出相应工况下隔热管在井口和井底封隔器位置处的最大胀率、最小胀率和比例胀率的计算公式。利用VisualBasic语言编制了相应的计算软件,对胜利油田多口热采井预应力隔热管进行了计算分析,得到了不同下入深度和注汽温度时隔热管最佳胀率设计值。结果表明,最佳胀率设计方法可以满足注蒸汽条件下隔热管强度设计要求;在下入工况下,井口隔热管内外管胀率随下入深度增加而线性减少;在注汽工况下,隔热管的胀率要比下入工况下的增加显著;建议在隔热管胀率设计时要以注汽时隔热管受力为基准,采用比例胀率方法进行设计。

摘要：大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布及变形比较复杂。在介绍预应力混凝土外墙温度应力计算方法的基础上,采用理论分析的方法,推导出了圆筒形外墙温度应力的计算公式、外墙在温差荷载及其他普通荷载作用下预应力筋的计算公式以及最大环向应力所在位置计算公式,进而给出了预应力筋结构调整的方案。研究结果表明,内罐的超低温液体会使预应力混凝土外墙产生很大的温度应力,环向温度应力最大可达混凝土抗拉强度的一半,使外墙在受内压时更加危险,因此在环向预应力筋设计时须考虑温差荷载影响。而后采用ADINA有限元软件建立多个钢筋混凝土分离式模型进行数值模拟,不仅验证了所推导公式的正确性,而且证明了该结构优化方案使外墙的变形及应力分布更加合理。

摘要：为研究直径对甲烷水合物球燃烧特性的影响规律,设计了甲烷水合物球燃烧特性的复合实验测试系统,分别构建了水合物火焰特性以及分解特性实验测试装置。定量分析了火焰高度、火焰温度、脉动频率等水合物火焰特性以及质量变化速率、表面形态演变等水合物分解特性,结合这两类燃烧特性,探讨了甲烷水合物球燃烧的复杂传热传质过程。结果表明,受火焰传热以及水合物分解的作用,甲烷水合物球燃烧过程中的直径变化满足D^(2)定律;甲烷水合物的火焰高度主要受质量变化速率与水合物球初始直径两方面的影响,随着水合物球直径的增大,质量变化速率迅速增大,火焰高度也显著增大;较大直径的甲烷水合物球燃烧均匀稳定,利于直接燃烧应用,而较小直径的甲烷水合物球燃烧性能差,利于天然气储运应用。