基于应力集中分析的钻杆内加厚过渡结构设计

通过讨论钻杆内加厚过渡带结构参数对其应力集中系数的影响,提出了实现钻杆内加厚过渡部位低应力集中设计的基本条件,并用钻杆实物疲劳试验对上述分析结果进行了验证,这一工作为改进钻杆内加厚过渡带结构设计提供了重要依据。     

同轴圆柱间滑移旋转流动问题的同伦解析解

从理论上研究了具有延伸柱面的同轴圆柱间滑移流动问题.通过引入适当的相似变换将控制方程组转化为一类非线性边值问题, 利用同伦分析方法首次获得问题的近似解析解, 分析讨论滑移参数、雷诺数和内外筒半径比对流动的影响.结果表明: 滑移边界参数对剪切应力有较大的影响, 滑移边界小的流体对壁面和边界层内流场施加了更大的剪切力; 增大雷诺数Re, 能增大内筒的壁面剪切力和扭矩; 内外筒半径比对流动结构也有较大的影响, 内筒半径固定, 增大外筒半径能够减少内筒的纵向剪切力.      

控压钻井环空卡森流体两相螺旋流轴向速度研究

考虑控压钻井环空气液两相流参数、钻井液周向与轴向运动等因素,本文提出了控压钻井环空卡森流体两相螺旋流柱坐标理论模型;通过新疆玛湖油田区块具体实例,分析了摩阻压降、屈服应力、环空外径、空隙率等对控压钻井两相螺旋流轴向速度的影响。结果表明:控压钻井环空卡森流体两相螺旋流流核及流速峰值向钻杆壁面靠近,距离环空内壁与钻杆外壁中心点的偏度可达8.36%;由于柯特流及钻井液动粘切力下降的影响,随杆转速和管径增大,卡森流体最大速度峰值在轴向的分布向环空壁面移动;随屈服应力的增大,流核宽度呈现增大趋势,当钻井液屈服应力为1.9Pa时,卡森流体流核宽度约为19.3mm;随控压钻井环空内空隙率增大,气液两相的粘度下降,螺旋流的轴向速度峰值呈增大趋势。分析螺旋流轴向速度分布可为控压钻井井口回压加载及环空流速控制提供帮助。     

重晶石和铁矿粉对套管/钻杆摩擦副摩擦磨损性能的影响

利用MG-200型高温高速摩擦磨损试验机对比考察了钻井液中所含的重晶石和铁矿粉对套管和钻杆试件摩擦学性能的影响，并采用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌，探讨了其磨损机理．结果表明，钻井液中的重晶石使得套管／钻杆磨损机理由严重塑性流动转变为磨粒磨损；而随着钻井液中铁矿粉含量的增大，磨损机理由磨粒磨损转变为粘着磨损和疲劳磨损；当铁矿粉含量较低时，采用较高的转速更有利于减小摩擦。     

模型参数对 IPMC 变形性能影响分析

基于电场-化学场-机械场耦合作用机理,采用数值模拟方法,建立了 RC 模拟电路,分析了IPMC 在外加电压场作用下模拟参数对电流和电流积分的影响;采用标准三参数模型模拟 Nafion膜线黏弹性力学行为,得到了随时间衰减的杨氏模量表达式。分析结果表明：膜内电流积分是一个决定性因素,它直接控制着膜内钠离子的迁移运动;电容增大时,膜内电流积分增大,从而加速了膜内钠离子的迁移运动,同时宏观位移也随之增大;电阻增大时,膜内电流积分与宏观位移均随之减小。引入静电应力作为初始应力,对悬臂梁挠曲变形进行了细观分析,结果表明其最大挠曲变形的旋转角可达到24°。     

波动钻压下阶梯钻柱系统稳定性研究

处于狭长井筒中的钻柱,其动力响应受到钻具组合、内外钻井液流动以及钻井参数等因素的影响,钻柱动力失稳导致的剧烈振动是井壁坍塌和钻具失效的重要原因。考虑到钻杆和钻铤在刚度和线密度上存在很大的差别,论文将钻柱简化为单阶梯输液管柱,钻井液沿着钻柱内部向下泵入并从环空返回地面。耦合考虑钻柱自重、随时间简谐变化的波动钻压、稳定器以及钻井液的水动力和阻尼力,建立了直井中钻柱横向振动的解析模型。利用有限单元法离散为四阶常微分方程后,采用Bolotin法得到临界频率方程确定系统的不稳定区范围,研究了钻压、钻杆长度、稳定器安装位置、钻井液的流速和密度等参数对系统稳定性影响的机理。研究表明：钻压的平均值和波动幅值都是钻柱失稳的驱动因素,而系统的稳定性对处于受拉状态的钻杆的长度变化不敏感。在论文所研究的参数范围内,降低钻井液流速和密度、下移稳定器的安装位置均有助于增强系统的稳定性。     

自由面对潜艇尾流场流动特性影响研究

潜艇周围绕流场流动特性会影响潜艇的机动性能, 特别是近水面航行时, 自由面的存在会增大潜艇尾流场的复杂程度.为探究潜艇在近水面航行时自由液面对潜艇尾流场流动特性的影响机理,借助大型水下三维粒子图像测速技术开展潜艇尾流场流动特性研究.首先通过美国泰勒水池标准模型实验结果对试验方法准确性进行验证; 随后,用验证后的模型试验方法对潜艇尾流场进行测量,得到不同潜深工况、不同速度下的桨盘面轴向速度以及脉动速度,同时辅以数值模拟对试验无法测得的兴波波系及中纵剖面速度场加以补充,从兴波角度阐述了自由面对潜艇尾流场流动特性影响机理. 研究结果表明:潜艇在近水面航行时, 随着Fr增大,桨盘面处轴向速度云图中上方等值线整体趋于扁平化, 较4D潜深工况,1.5D潜深工况出现局部脉动速度极大值, 且脉动速度结构整体下移; 自由面存在时,艇体与自由面间流场速度明显增大, 特别在桨盘面区域, 流场速度明显提升.随着Fr增大, 桨盘面处的自由液面高度逐渐降低,这就导致了桨盘面位置出现更大的流体速度, 即造成了桨盘面伴流场挤压现象.      

自由面对潜艇尾流场流动特性影响研究

潜艇周围绕流场流动特性会影响潜艇的机动性能,特别是近水面航行时,自由面的存在会增大潜艇尾流场的复杂程度.为探究潜艇在近水面航行时自由液面对潜艇尾流场流动特性的影响机理,借助大型水下三维粒子图像测速技术开展潜艇尾流场流动特性研究.首先通过美国泰勒水池标准模型实验结果对试验方法准确性进行验证;随后,用验证后的模型试验方法对潜艇尾流场进行测量,得到不同潜深工况、不同速度下的桨盘面轴向速度以及脉动速度,同时辅以数值模拟对试验无法测得的兴波波系及中纵剖面速度场加以补充,从兴波角度阐述了自由面对潜艇尾流场流动特性影响机理.研究结果表明:潜艇在近水面航行时,随着Fr增大,桨盘面处轴向速度云图中上方等值线整体趋于扁平化,较4D潜深工况, 1.5D潜深工况出现局部脉动速度极大值,且脉动速度结构整体下移;自由面存在时,艇体与自由面间流场速度明显增大,特别在桨盘面区域,流场速度明显提升.随着Fr增大,桨盘面处的自由液面高度逐渐降低,这就导致了桨盘面位置出现更大的流体速度,即造成了桨盘面伴流场挤压现象.     

纸浆纤维悬浮液物性参数对流动特性的影响

分析了纸浆的物性参数对两相流动模拟的影响，这些物性参数主要包括浆流种类、纤维的尺寸等参数，通过Phoen—ics软件的模拟得出结论，对于同类型的纸浆而言，随着浓度的增大，流体的速度梯度增大，剪切应力增大，径向浓度差增大；对于不同类型的纸浆，木浆的剪切应力大于同样浓度草浆的剪切应力；管道中浓度分布呈中心高，壁面低的单调递减趋势，很不均匀；对于不同类型的纸浆，草浆的径向浓度差小于木浆的径向浓度差．     

非线性载荷作用下圆形薄膜的有限变形分析

利用修改后的应变能函数分析了作为细胞层载体的超弹性薄膜在非线性载荷作用下的有限变形问题.运用打靶法对控制方程进行了求解,讨论了本构参数n和α对薄膜变形的影响.计算结果表明:本构参数的增大会对材料产生强化作用;由于非线性载荷的影响,本构参数在n=1附近,薄膜曲率的变化趋势会相反;随着本构参数的减小,薄膜的不稳定点会在薄膜达到较小膨胀体积时出现.