钻井液径向温度梯度与轴向导热对井筒温度分布影响

本文基于井筒与地层间能量平衡原理, 将井筒钻井液划分成不同径向单元网格, 建立了考虑径向温度梯度条件下钻井液层间温度模型; 同时引入钻井液轴向导热项, 建立了钻井液轴向导热温度模型, 将数学模型应用隐式有限差分法离散与求解. 计算结果表明: 钻井液径向温度梯度对井筒径向与轴向温度产生的误差分别为0.15 ℃和0.2 ℃左右; 而钻井液轴向导热对井筒温度分布几乎不产生影响. 因此, 通过建立的数学模型进行系统分析表明, 在建立井筒-地层耦合瞬态传热模型时可忽略两者对井筒温度分布的影响. 基于数学建模方法验证了以前学者模型假设条件的正确性, 为油气井与地热井井下温度分布规律深入研究奠定了可靠的理论基础. 关键词： 径向温度梯度 轴向导热 井筒温度 瞬态传热模型     

地层静温预测的非牛顿流体数学模型

根据热力学参数、泥浆参数及井筒结构参数等，先选定一个地层温度梯度进行计算，得出泥浆出口温度.将此计算值与实测温度值比较，按照比较结果再修正所选的地层温度梯度.如此反复，直到得出合理的地层温度梯度.在此基础上，从热力学及流体力学等有关方程出发， 经过推演得到井壁上温度随深度变化以及地层温度分布的数学模型.由于钻井过程中泥浆、 岩石及其温度场间是相互作用、相互影响的，这为研究热 流 固耦合渗流过程的理论与应 用提供了一种新的方法. 关键词： 温度梯度 非牛顿流体 数学模型     

井下节流嘴对天然气井简流场的影响

对有井下节流装置的气井动态分析的研究,首次提出采用井口采集数据,从井口向井底计算井筒内的压力温度综合值的计算方法.考虑井筒径向传热,建立了等截面井筒内压力温度预测的数学模型.计算出口处的马赫数的值,判别节流嘴内的流态,进而逆向求节流嘴上游的各参数.对宝1井进行了实例计算,计算结果显示节流嘴对整个井筒内的压力温度的影响,认为节流嘴入口温度高是避免水合物形成的主要原因.     

SAGD循环预热割缝筛管参数影响规律研究

为预测SAGD循环预热阶段井筒内蒸汽热力参数分布规律,提高地层受热均匀程度,考虑割缝筛管管柱结构特点,建立水平井井筒与储层耦合数值模型,采用全隐式有限差分法和迭代技术对模型进行求解,并验证模型的准确性。利用该模型可预测井筒内蒸汽压力、温度、干度和地层吸热率等参数分布规律,对比不同割缝宽度、长度和密度对循环预热效果的影响。结果表明:蒸汽压降和温度降主要发生在长油管内,蒸汽干度降主要发生在环空内。随割缝宽度、长度和密度的增加,水平段吸汽长度均减小;压力下降幅度均变缓;蒸汽干度下降幅度均增大;地层受热非均匀性均增强。优化割缝筛管参数,避免蒸汽冷凝成水,提高返回跟端处的蒸汽干度值,可提高地层受热均匀程度。     

产水气井井筒温度压力计算方法

应用考虑气液相间滑脱与流体沿井筒截面非均匀分布的漂移模型,结合动量守恒、能量守恒和井筒传热学,建立考虑井斜变化的气井井筒温度、压力耦合预测模型,通过15口实测井数据对模型进行验证.结果表明:所建模型可以准确计算产水气井井筒的温度和压力,计算结果平均绝对误差3.60%,满足工程计算要求.     

应用于低温领域的双温复叠式制冷循环

双温复叠式制冷循环可以用于低温领域中需要提供两个不同制冷温度的场合。首先介绍了双温复叠式制冷循环的原理和组成,然后建立了双温复叠式制冷循环的热力学模型,通过热力计算分析了冷凝温度、低温部分蒸发温度、蒸发冷凝器传热温差、流经高低温蒸发器质量流量比、过热度和过冷度对该循环性能的影响。     

热采井注蒸汽与注多元热流体井筒流动与传热对比分析

针对海上稠油开采出现的问题,国内发展了注多元热流体吞吐热力采油技术。与蒸汽热力采油相比,多元热流体可以显著降低稠油黏度、增加油层压力,提高开采效率。本文基于实际气体状态方程和混合法则建立注多元热流体内部流动与传热模型,并与注蒸汽井筒流动与传热状态进行对比,详细对比两种热采介质在井筒流动与传热情况。通过研究发现:在井筒注入相同温度与相同注入速率的多元热流体与饱和蒸汽,多元热流体井筒压力和温度下降速度更快,到达井底时压力更大,温度更低,与地层和油层的温差更小,井筒热损失更少,但是热量含量低,油层加热范围小。要想达到与蒸汽一样加热效果,可以增加多元热流体注入速率和注入温度。同时由于CO_2和N_2作用,油层温度分布更加均匀,热量更多,油层加热范围更大,注多元热流体开采效果更好。     

全工况下光伏组件输出特性的预测建模与研究EI北大核心CSCD

在光生电流远大于二极管反向饱和电流,并联电阻为无穷大且二极管反向饱和电流与光强无关的假设条件下,理论上推导出全工况光伏组件输出特性预测模型,并采用Matlab/Simulink搭建了仿真系统.对单(多)晶硅光伏组件的实验与预测对比,表明模型可以准确预测组件在任意光强与温度下的输出特性,预测误差在6%以下.研究结果发现,相对于光强变化,温度变化对组件输出特性预测影响更大;多晶硅组件预测难于单晶硅组件.对实际环境中单位光强与单位温度实时改变时的预测表明,组件输出主要由所受辐照总光强决定,而不是器件温度;且需要根据外界情况调整组件的输出电压,以实现最大功率输出.     

全工况下光伏组件输出特性的预测建模与研究

在光生电流远大于二极管反向饱和电流,并联电阻为无穷大且二极管反向饱和电流与光强无关的假设条件下,理论上推导出全工况光伏组件输出特性预测模型,并采用Matlab/Simulink搭建了仿真系统.对单(多)晶硅光伏组件的实验与预测对比,表明模型可以准确预测组件在任意光强与温度下的输出特性,预测误差在6%以下.研究结果发现,相对于光强变化,温度变化对组件输出特性预测影响更大;多晶硅组件预测难于单晶硅组件.对实际环境中单位光强与单位温度实时改变时的预测表明,组件输出主要由所受辐照总光强决定,而不是器件温度;且需要根据外界情况调整组件的输出电压,以实现最大功率输出.     

有限导流压裂定向井耦合流动模型

考虑人工裂缝、斜井筒和地层中的耦合流动,将压裂定向井的流动分为地层向裂缝渗流、裂缝内流动和斜井筒变质量管流.采用镜像反映和势叠加原理,建立地层中势分布和渗流数学模型.应用边值理论,将人工裂缝面离散为裂缝网格,并与斜井筒变质量管流模型进行耦合,建立有限导流压裂定向井耦合流动数学模型,并形成相应的迭代算法.应用分析表明:该模型与Prats图版法相比,对于垂直缝吻合度较高;裂缝导流能力和井斜角对产量及裂缝面压力分布影响较大.     

深层高温高压气井临界产量计算模型

基于热膨胀效应和环空体积变化效应这两种环空带压机理,结合气井生产过程中井筒温度-压力分布计算方法,考虑油层套管和油管的许可压力值,建立一个深层高温高压气井临界产量计算模型.运用迭代法求解模型,编制相关程序.结果表明:环空压力与主要受温度的影响,气井产量越高,井口温度越高,环空压力越大,油套管安全系数越低,因此需要考虑管柱安全性确定临界流量.利用新疆某深层高温高压气井的实际数据进行实例计算,结果可为深层高温高压气井的合理配产提供依据.     

微水射流导引激光打孔的传热分析

微水射流导引激光加工是一种热影响区小,具有高加工精度的新型技术.本文基于有限体积法建立了微水射流导引激光束对硅片打孔过程的传热模型,将打孔过程分为三个阶段模拟其间的热量传递、相变过程和相边界的移动;探索了微水射流导引双脉冲激光打孔过程,进行了双脉冲不同延迟时间下的传热过程的数值模拟,得到了最佳延迟时间.结果表明:在初始...     

ESTIMATION OF THERMAL CONTACT CONDUCTANCE DURING RESISTANCE SPOT WELDING

This article describes an experimental procedure conducted to estimate and investigate the transient thermal contact conductance (or thermal contact resistance) between the electrodes and workpieces during resistance spot welding. A fine thermal metrology was developed to collect thermal histories near the welding region. Indeed, the electrode tip was instrumented with several interior microthermocouples for measuring the transient temperature response during the welding process. A simple mathematical model, using an inverse heat transfer method, was built for the estimation of the transient heat transfer coefficient from interior transient temperature measurements. A simple resistance welding case of two steel sheets was investigated. The initial transient values of thermal contact conductance were found to be in agreement with those observed in the dry copper–steel solid contact case. At the end of the process, the transient heat transfer coefficient reaches a high value corresponding to the best heat transfer phenomenon at the interface during the welding process. When the metal is melted, the contact quality increases due to the high-applied electrode force. Higher electrode force and heating temperatures produce lower thermal contact resistance. The results obtained show the capabilities and the power of the coupled thermal metrology and transient inverse technique developed to investigate thermal history of resistance spot welding.     

气动加热下高温陶瓷材料内的瞬态耦合换热

采用控制容积法结合蒙特卡罗法与谱带模型,数值模拟了气动加热下高温陶瓷内的辐射与导热瞬态耦合换热.分析了冷却边界条件、各向同性散射和表面特性对高温陶瓷内瞬态温度分布的影响.结果表明,高温下陶瓷内的辐射换热作用十分明显,陶瓷材料的表面特性对瞬态温度分布影响很大,各向同性散射也有明显影响.     

超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟

采用双重分布函数的格子玻尔兹曼模型，对单脉冲激光金属打孔过程中的快速相变传热进行研究.模型考虑了金属材料熔化后熔体的流动换热，并采用浸没移动边界方案对过程中的固液界面进行追踪.采用纯导热模型和考虑对流的换热模型计算，将结果和试验进行对比，结果表明：在激光打孔过程中熔体的流动对相变传热产生较大影响，采用考虑流动换热模型的结果与实验更接近.进而对熔化速度、熔化深度以及温度场的变化进行分析，并探讨不同激光工艺参数对相变过程的影响.模拟发现一个脉冲结束后，激光的脉宽越大，孔深越小，孔径越大，且最高温度较短脉冲激光越低.     

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根据聚变-裂变混合堆概念堆型的燃料区水冷设计,通过FLUENT建模和模拟计算,比较了均匀流量和按燃料单元发热量比例分配流量两种冷却剂布置方案。数值计算结果表明,这两种布置方案中燃料单元之间的导热很小,除燃料单元1中冷却管道外,其余的冷却管道带走的热量几乎等于相应燃料单元的发热量,在用系统分析程序等效建模时,不必重新确定冷却管道的热构件;对后一种布置方案燃料区的最高温度更低,温度分布更均匀,但温度展平效果并不明显。计算了堆外自然循环系统在假设的失水事故(LOCA)中的导热能力。结果表明,如果不采用自然循环系统,停堆后520s发生堆芯熔化;但是如果采用自然循环系统,停堆后1000s,燃料区的最高温度只达到584.4°C,不会发生堆芯熔化。     

Numerical analysis of uncertain temperature field by stochastic finite difference method

Based on the combination of stochastic mathematics and conventional finite difference method,a new numerical computing technique named stochastic finite difference for solving heat conduction problems with random physical parameters,initial and boundary conditions is discussed.Begin with the analysis of steady-state heat conduction problems,difference discrete equations with random parameters are established,and then the computing formulas for the mean value and variance of temperature field are derived by the second-order stochastic parameter perturbation method.Subsequently,the proposed random model and method are extended to the field of transient heat conduction and the new analysis theory of stability applicable to stochastic difference schemes is developed.The layer-by-layer recursive equations for the first two probabilistic moments of the transient temperature field at different time points are quickly obtained and easily solved by programming.Finally,by comparing the results with traditional Monte Carlo simulation,two numerical examples are given to demonstrate the feasibility and effectiveness of the presented method for solving both steady-state and transient heat conduction problems.     

Formation and dissociation of gas hydrate inclusions during migration in water

The paper studies the process of floating a gas hydrate particle in liquid. The typical depths when gas bubble floating is accompanied by gas hydrate formation (or with zero gain of hydrate) were calculated. The low depths were identified when floating occurs with hydrate dissociation. The model assumes that the gas hydrate formation is limited by heat transfer from interface to the surrounding liquid. The model for gas hydrate dissociation assumes the rate governed by thermal conductivity of hydrate particle and by convective heat transfer to surrounding water. The temperature of the gas hydrate surface equals the phase transition temperature at the given water pressure. Comparative analysis of thermal conductivity and convective heat transfer effects on hydrate dissociation rate was performed for different initial radius of the particle.