纳秒脉冲下变压器油两相流注放电仿真研究

为揭示液体电介质击穿过程中形成的气体放电通道对液体电介质放电过程的影响,以针—板电极间隙变压器油为研究对象,基于等离子体流体力学模型,引入了液体电介质放电过程中气相放电通道对电离机制及自由电荷迁移率的影响,建立了用于模拟脉冲电压下液体电介质放电过程的两相流体模型,仿真研究了纳秒脉冲下针板电极流注放电的起始与发展过程。仿真结果表明:采用Heaviside方程可以在模型的不同区域同时实现气相物理过程和液相物理过程的模拟与计算。气相物理过程的引入导致流注尾部电场显著降低,流注头部电场进一步增强,使流注通道的发展速度要高于传统液相模型,有助于加深对纳秒脉冲下液体电介质中预击穿流注的起始、发展过程的认识和理解。     

输气管道声波法泄漏检测技术的理论与实验研究

为探究输气管道声波法泄漏检测技术的基本原理和研究方法,建立了输气管道泄漏仿真模型和实验模型。首先,研究输气管道发生泄漏时声波产生机理,从而明确声波法泄漏检测技术的工作原理;其次根据声波法泄漏检测的原理建立Fluent仿真模型,通过CFD软件模拟输气管道泄漏得到流场和声场,得到声波信号特征;再次根据声波法泄漏检测的原理搭建实验管道,设计完成声波信号数据采集终端,并在仿真结果指导下完成输气管道泄漏检测实验,采集得到实验数据并进行分析,得到泄漏时声波信号特征并对仿真结果进行验证;最后对比多工况条件下的实验结果和仿真结果,分析不同工况条件对压力波动值的影响规律,从而总结输气管道声波法泄漏检测的仿真与实验研究方法,为声波法泄漏检测的实际工程应用提供理论基础。研究结果表明:输气管道泄漏产生的声波来源于泄漏时气体不稳定流动产生的偶极子声源和四极子声源;仿真模拟和实验研究的方法都可以完成声波法泄漏检测技术的研究,可以对声波法泄漏检测技术的推广和工程应用提供强大的理论支持和可行性保证。结论是:声波法泄漏检测技术可以很好的检测输气管道泄漏,是一种灵敏度高,检测时间短,值得推广的方法。      

基于量纲分析和达西定律的地下化学爆炸气体泄漏规律

针对周围是均匀岩石介质的地下化学爆炸,研究爆炸后爆室内气体的泄漏规律.利用量纲分析,得到影响气体泄漏时间的主要物理量,包括气体动力学粘度、爆室内超压、围岩孔隙率及围岩厚度的平方与渗透率的比值等,并初步给出它们之间的函数关系.然后基于达西定律,推导计算气体泄漏时间的解析公式.得到的气体泄漏时间计算公式与通过量纲分析得到的定性函数关系式完全相符,二者从不同的角度对同一问题给出了相容的结果.可为地下化学爆炸气体泄漏的理论分析和规律性研究提供研究思路和工具,为地下爆炸有关的工程估算提供参考依据.     

静止水滴生成气体水合物的动力学研究

作为喷雾强化方式制备气体水合物的初步研究,本文通过研究静止水滴形成气体水合物过程的传热传质机理,建立气体水合物的生成动力学模型。研究结果表明强化气相与水合物颗粒之间的接触传热对提高水合物的生成速率具有十分重要意义。     

单泡超声空化仿真模型的建立及其动力学过程模拟*

为了模拟单泡超声空化的动力学特性,建立了单泡超声空化的有限元仿真模型,基于流体动力学控制方程和流体体积分数模型,利用有限元分析软件模拟了超声驱动下水中单泡的空化动力学过程。结果表明:单泡随时间的演化规律是先缓慢膨胀到最大后迅速塌缩;泡内压强与气体密度变化与单泡体积变化成反比;在膨胀阶段,泡外压强与气体密度沿着泡的径向向外递减;在压缩阶段,泡外在声压垂直方向的压强与气体密度要大于声压激励方向的压强和气体密度。该文分析结果将为超声空化动力学过程模拟及研究提供参考。     

吸气式激光推进中激光能量沉积过程的数值模拟

 结合辐射输运方程,在流体力学方程组的能量方程中加入包括空气吸收的激光能量以及高温气体向周围辐射损失的能量源项,转化为辐射流体力学方程组,建立了用于模拟吸气式激光推进中能量沉积过程的物理力学模型和计算方法。该辐射流体力学计算程序可以很好地模拟激光能量沉积过程中空气对激光能量的吸收、等离子体对激光的屏蔽作用以及激光维持的爆轰波的传播规律,计算得到激光能量的沉积效率约为57%,激光维持的爆轰波的传播速度与同等条件下的理论和实验结果吻合得较好。     

一种传导电磁泄漏源的等效模型研究

在网络作战体系中, 电磁泄漏探测是敌对双方都十分重视的领域。电磁泄漏探测分为主动探测和被动探测两种, 其中主动探测由发射源对外发射信号, 通过检测具体位置处的信号特征, 得到被测设备、系统或网络的泄漏信息或其它特征信息。针对一种主动传导电磁泄漏发射源进行分析, 结合其工作机理和具体的试验现象, 提出了对应的等效模型。该等效模型按工作频率的高低, 分为高频等效天线模型和低频等效电路模型两类, 通过理论分析了该模型的准确性, 通过电路仿真验证了等效模型的正确性。通过该模型研究, 可以为后续电磁泄漏探测的数据分析提供有力的分析手段。     

气体团簇形成过程的模拟计算

团簇源特性是影响激光与团簇相互作用的一个主要因素,因此团簇源的特性研究是一项非常关键的工作.本文主要从以下两个方面对气体团簇形成过程进行模拟计算:①从流体力学角度出发,讨论气体的密度、压强及温度在喷嘴轴线上的空间分布,结合汽液平衡方程分析团簇开始形成的位置;②采用液滴模型,讨论团簇尺寸随时间的变化.这些结果不仅有利于进一步研究团簇形成过程的特性,而且为激光与团簇相互作用实验的设计提供宝贵的参考.     

在膨胀夸克–胶子等离子体相变过程中包含夸克碎块效应的动力学

数值求解了(1+1)维的,包含有夸克碎块效应源项的相对性流体力学方程,分析了极端高能下核碰撞时可能产生的相变过程中特征物理量:体系的能量密度、流速快度和重子数密度的演化. 源项中的夸克碎块效应则是通过唯象SU(3)弦模型味动力学进行描写的. 数值结果与Kajantie等人的结果进行了比较,也即间接地与实测结果相一致,模型物理图象清晰,结果表明了这种唯象自治理论模型的合理性.     

乙炔-氧气混合气体强爆轰参数的理论估算与实验研究

 针对非定常的气相强爆轰过程,建立了气相爆轰的理论计算模型,结合C-J理论和多方气体物态方程,对乙炔-氧气混合气体的强爆轰参数进行了理论估算,并在激波管中开展了化学计量比的乙炔-氧气混合气体的强爆轰实验。对比研究表明：爆速的理论估算值与实验值符合较好,证实了采用C-J理论估算气相强爆轰参数的可行性,计算数据具有一定的参考价值。     

气液混输管线与立管系统严重段塞流数值研究

针对气液混输管线与立管系统严重段塞流问题, 采用严重段塞流形成条件一致的等效原则, 发展了一种将三维管道系统等效为二维管道系统的计算流体力学(CFD)数值模拟方法. 以文献中某下倾管与立管组合系统为对象, 结合其实验工况, 对严重段塞流气液流动过程进行了数值模拟, 获得了其周期、压力波动幅值及喷发时间等关键参数的变化规律, 数值模拟与文献所述实验结果符合. 在此基础上, 建立了立管入口气液折算速度、立管含气率以及立管出口平均速度的理论模型, 获得了这些关键参数随时间的变化规律, 并给出了确定立管内气液流型变化的理论方法, 理论结果与CFD数值模拟结果一致. 建立的CFD方法大幅缩减了严重段塞流数值模拟所需的时间和资源, 推导的理论模型揭示了严重段塞流特性参数之间的关联, 可以对严重段塞流所引发的危害进行快速评估及预测,具有一定的工程应用价值.     

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     

集输管路上升管系统严重段塞流实验和理论模拟

严重段塞流的实验研究表明,在气泡进入上升管底部到运动至出口的过程中,上升管中气泡头部以下流型为弹状流型;当气泡头部流出上升管后,上升管中的流型可看作块状流型。根据实验结果,本文提出了采用漂移流模型简化计算上升管中两相流动、上游管道中气体膨胀满足质量守恒,同时考虑上升管内液体动量守恒的严重段塞流计算模型。计算值与测量值比较表明,模型可以正确预测出气体膨胀流动过程,气体流动时间不受入口气液流量的影响。模型可以准确计算出严重段塞流周期、液塞长度和倾斜管中液柱最大长度等参数。     

基于激光拉曼光谱的钻井液中含烃浓度定量识别研究

钻井液中的烃能够显示出地层的含油气情况，地层含油气浓度的检测对识别真假油气显示，特别是准确解释和评价油气层具有重要意义。基于激光拉曼光谱技术具有连续、快速、直接检测样品的独特优势，开展了激光拉曼光谱技术应用于钻井液中含烃浓度定量识别的研究。实验室条件下搭建的激光拉曼在线检测系统对C₇~C₁₄正构烷烃及苯进行了检测与振动模式指认，在水基钻井液中优选正辛烷作为标志烃，基于最小二乘法建立了水基钻井液中正辛烷不同特征峰数学模型，在1 298 cm-1频移处振动强度与正辛烷含量具有良好的线性关系；在柴油基钻井液中优选苯作为标志烃，基于最小二乘法建立了油基钻井液中苯的不同特征峰数学模型，在986 m-1频移处振动强度与添加苯含量具有良好线性关系。实验结果表明:激光拉曼光谱技术可用于钻井液中含烃浓度的检测，为反演地层含油气浓度，提高油气层判识精度提供了一种新的途径。     

高温壁面润湿性对气层稳定性及其壁面滑移性能的分子动力学研究

针对流体在纳米通道的小尺度效应,采用分子动力学方法模拟了传热效应以及流体流动行为,研究在壁面温度影响下,不同润湿性壁面上方气层生成状态以及流体流动时气层的稳定特性和相应的减阻性能.结果表明:当壁面为纯疏水壁面时,不能形成气层;疏水基底+亲水组合壁面形成不规则气层;纯亲水壁面和亲水基底+疏水组合壁面能形成规则气层.当流体流动时,疏水基底+亲水组合壁面气层消失,而纯亲水壁面和亲水基底+疏水组合壁面气层较为稳定.纯疏水壁面主流区域速度较大,而纯亲水壁面主流区域最低.对于壁面滑移速度,存在气层的壁面滑移速度与纯疏水表面相对接近,甚至稍优于纯属疏水表面,而疏水基底+亲水组合壁面滑移速度最小.     

矩形高速流场的材料去除特性

为了提高射流抛光的加工效率,设计了一种矩形喷嘴结构,基于并行去除方式来提高工件的去除效率。根据流体力学基本理论,分析了矩形喷嘴冲击射流流场的结构特性,并对其流场分布进行了定量计算。基于射流去除理论,建立了矩形喷嘴的材料去除理论模型,并对去除量分布进行了计算与比较。详细分析了矩形喷嘴结构参数与去除量之间的关系,在此基础上对矩形喷嘴进行了优化,结果表明,矩形喷嘴长宽比控制在10左右能够得到很好的去除效果。     

时均流诱导声振荡的数值计算研究

时均流诱导的声振荡可以为热声制冷提供驱动源或驱动发电机和换能器发电,为风能利用提供了新思路,是热声领域的最新研究方向之一。本文基于计算流体动力学(CFD)方法,建立了正十字型时均流激声发动机的三维数学模型,采用大涡模拟湍流模型计算。计算结果验证了时均流诱导声振荡效应,揭示出谐振管内声场分布和谐振管内部压力与开口处涡的关系,为后续的实验研究奠定了理论基础。     

Nonlinear stability of cylindrical shells subjected to axial flow: Theory and experiments

This paper, is concerned with the nonlinear dynamics and stability of thin circular cylindrical shells clamped at both ends and subjected to axial fluid flow. In particular, it describes the development of a nonlinear theoretical model and presents theoretical results displaying the nonlinear behaviour of the clamped shell subjected to flowing fluid. The theoretical model employs the Donnell nonlinear shallow shell equations to describe the geometrically nonlinear structure. The clamped beam eigenfunctions are used to describe the axial variations of the shell deformation, automatically satisfying the boundary conditions and the circumferential continuity condition exactly. The fluid is assumed to be incompressible and inviscid, and the fluid–structure interaction is described by linear potential flow theory. The partial differential equation of motion is discretized using the Galerkin method and the final set of ordinary differential equations are integrated numerically using a pseudo-arclength continuation and collocation techniques and the Gear backward differentiation formula. A theoretical model for shells with simply supported ends is presented as well. Experiments are also described for (i) elastomer shells subjected to annular (external) air-flow and (ii) aluminium and plastic shells with internal water flow. The experimental results along with the theoretical ones indicate loss of stability by divergence with a subcritical nonlinear behaviour. Finally, theory and experiments are compared, showing good qualitative and reasonable quantitative agreement.     

煤矿巷道瓦斯爆炸冲击波与高温气流的关系

 为了给瓦斯爆炸后煤尘二次爆炸的深入研究提供理论依据,应用计算流体力学方法,对煤矿巷道内瓦斯爆炸的瞬态流场进行了数值模拟,得到了冲击波与高温气流流动的时空关系,并借助实验对数值方法进行了验证。研究表明：在瓦斯爆炸后的一定时间内,近场区域和远场的部分区域极有可能引发煤尘二次爆炸。给出了可能发生煤尘二次爆炸的区域随瓦斯区长度的函数关系式,以及远场中峰值温度和峰值超压到达时间的间隔随轴向距离和瓦斯区长度的分布特性。