虚拟质量力对酸性气体-钻井液两相流波速的影响

基于两流体模型、酸性气体和钻井液状态方程,考虑酸性气体与钻井液相间虚拟质量力、粘性剪切力、相间动量交换及狭义相间阻力等条件,建立酸性气体与钻井液两相中压力波传播速度的数学模型,依据小扰动原理,对波速模型求解,得到关于波数K的波速方程。结果表明,在一定范围内,随空隙率、频率的增大,虚拟质量力对波速的影响显著增强;在高空隙率下,压强增大,虚拟质量力对波速的影响减弱;增大流体的密度或不可压缩性,均可使两相压力波速增大;延长气液交换时间或减小波动频率使相间有足够时间进行动量交换,两相压力波波速随之减小。     

基于FSI的4-方程模型的改进分析

传统水击理论所用的连续方程未能反映水击发生时管道内存在的液体压力波速、管道应力波速、流体波速,且进行了大量的简化却不能更好地反应管道系统的实际运动状态。本文主要基于现有的水击计算理论及其耦合理论,在考虑管道纵横两个方向都反映水击耦合特性的情况下,利用特征线法,求出耦合波速;并在推导新的连续方程时将求出的耦合波速替代推导传统4-方程模型的连续性微分方程时水击波速与流速的关系,得到新的连续方程;并忽略高次微量和压力梯度等对新的连续方程进行一定简化,与简化后的流体动量方程、管道运动方程和物理方程构成了改进的轴向4-方程模型。将改进模型求解出的耦合波速与经典模型的进行比较,结果表明两耦合波速相近,但改进模型在考虑管道纵横两个方向都反映水击耦合特性的因素后,理论上会更严瑾、更合理。     

蜿蜒边界下平面流的线性流动稳定性

为便于数值分析,蜿蜒河流水动力和演变模型中一般隐性假设二次时均流-二次涡的关系与明渠流时均流-明渠湍流的关系相同,但由于高雷诺数下的DNS算力限制和实验尺度限制,这种隐含假设是否成立目前尚无相关湍流研究来支撑.文章试图通过分析明渠湍流和二次湍流发展初期的研究,侧面揭示其湍流结构的异同.通过对曲线正交坐标系下的平面二维NS方程使用双参数摄动的方法,建立了一种求解蜿蜒边界弱非线性层流的摄动解法,并推导得出一个适用于蜿蜒边界的EOS方程以及其特征值问题的解法.蜿蜒边界下弱非线性层流解为一系列蜿蜒谐波分量的叠加,其中线性部分使得两壁产生流速差,非线性部分随着雷诺数增大呈指数增长.水流的扰动增长率特征谱的第一模态与直道流相似,由3条曲线、4个波段合成,但其长波段和短波段的扰动流场与直道流不同,所有短波段的扰动流速近似于KH涡.蜿蜒边界对内部水流扰动有一定的选择性.偏角幅值越大扰动增长越快;蜿蜒波数的影响则为先增后减,有一个使扰动增长最快的蜿蜒波数.扰动流场由一个典型的TS波和一对波包形式的二次涡叠加而成,波包只有纵向流速分量,包络线由蜿蜒波数控制,波包内是与直道扰动波参数相同的TS波.     

界面剪切力作用下波状液膜流的水动力稳定性

液膜流的水动力稳定性作为保障其高效传热传质性能的重要因素之一,受多种因素的制约和影响. 当气液界面处存在因气流流动而产生剪切力作用时,剪切力将通过改变界面处的边界条件,从而影响液膜流动的稳定性. 基于边界层理论,采用积分法建立了剪切力作用下降液膜表面波演化方程,分析了界面剪切力对水动力稳定性的影响. 研究表明,正向剪切力为不稳定性因素,反向剪切力在较小雷诺数时为不稳定因素,在大雷诺数时为稳定性因素;正向剪切力使临界波数和临界波速增大,反向剪切力使其减小;剪切力对临界波速的影响在不同雷诺数下也有所不同.      

功能梯度粘弹性板中的Lamb波

研究功能梯度Kelvin模型粘弹性板中Lamb波传播的频散和衰减特性,基于弹性力学理论,建立了以位移函数表示的功能梯度粘弹性板中Lamb波传播问题的控制方程;采用幂级数方法求得其渐近解,得到波速-波数方程的解析形式;采用最小模值逼近法求解复数域超越方程。通过对比均质粘弹性板和特殊梯度粘弹性板中Lamb波传播的精确解析解和幂级数渐近解,由此验证幂级数解的可靠性。研究结果表明:当梯度参数同时变化时,梯度板中的Lamb波波速的实部、虚部、减幅系数较均匀板中均无显著变化;仅密度梯度参数增大时波速实部和虚部绝对值都减小,减幅系数增大;仅弹性模量梯度参数增大时,波速实部和虚部绝对值都增大,减幅系数减小。准S0模态和准A0模态的减幅系数基本相同,而与准A1模态相差较大。在同模态下频率越高减幅系数越大,同频率下高模态对应的减幅系数较小。这些结论可为非均质粘弹性板结构无损检测提供理论依据。     

管内流体对单壁碳纳米管中弯曲波频散的影响

由于其管状结构,碳纳米管在纳机械系统中可望被用作输流管道.采用连续介质力学方法,研究管内有流体存在时碳纳米管中弯曲波的传播和频散.建立流体存在时考虑二阶应变梯度的非局部弹性Timoshenko梁方程.流体的存在,使相速度最低的解支相速度降低.当流速较低时,流速对碳纳米管中弯曲波传播的影响不大.当流速较高时,相速度最低的一支随流速增加相速度降低.当流速非常高时,该解支会消失.但流体的存在对其他解支影响不大.随着波数的升高,非局部弹性所描述的微结构对碳纳米管中弯曲波传播的影响越来越明显.     

改进的HLLC方法及其在Baer-Nunziato模型中的应用

波速估计对HLLC方法的计算影响较大,如果取值过小,则不能抓住波系特征;如果取值过大,则会引入较大的粘性。如何确定波速已有大量的研究,但是每种方法都有一定的适用范围。本文提出一种可避免估计波速的HLLC方法,并应用于两相流Baer-Nunziato模型模拟。本文方法与三种经典的波速估计方法进行比较,针对几类典型的B-N模型初值问题,不同的波速估计方法模拟能力差异较大,而本文方法可以自动确定适当的波速,因此得到较好的模拟结果。     

曲面曲率对Rayleigh波传播特性的影响

对任意形状的均匀各向同性线弹性曲面物体,用 WKB～（1）方法求解了沿曲面传播的Rayleigh表面波的运动微分方程,同时考虑了波传播方向及其垂直方向曲面曲率对波的穿透性的影, 所获波动方程的势函数解答表明,在一般情况下垂直波传播方向的曲面曲率对波的穿透深度的影响是不容忽视的.进而以同种介质平面表面情况下的Rayleigh面波的传播特性为基准,给出了曲面曲率引起波数或波速变化的解析表达式.通过理论分析和数值算例,描述了曲面上Rayleigh面波传播行为的一些基本特征.     

一种求解复波数域波动弥散方程的通用数值方法

波动弥散方程的求解是分析弹性波或声波问题时的一种比较常见的过程,求解所得的曲线即为弥散曲线。其方程形式一般是关于波数与频率的一个二元超越方程,当波数为复数时,方程实际为三元超越方程。这类方程没有解析解,由于方程的变量和参数涉及复数域,一般的数值求解方法也难以处理。本文提出了一种基于模值收敛性的数值方法,求解一般波动弥散方程复波数域内的解。首先论述了本方法的理论依据,然后介绍了其求解步骤,最后将本方法应用于求解复波数域波动弥散方程的具体算例。通过对比可以发现:本方法广泛有效地解决了复波数域内波动弥散曲线的求解问题,适用于不同形式波动弥散方程的求解。     

在均匀剪切流动中的Stokes波

本文从Euler方程出发讨论在均匀剪切流动中的Stokes波·把未知函数和波速展开成渐近级数,利用Fredholm择一定理来确定待定常数。得到了在均匀剪切流中二阶波形并研究了均匀剪切流对增水的影响。当流速为零时,本文的结果就退化为已有的在静水中的stokes波。     

复波数域弥散曲线的求解方法研究

研究了复波数域弥散方程的求解问题,根据相关文献提出了三种求解复波数域弥散曲线的方法,即一种改进的牛顿迭代法——抛物牛顿迭代法、求解方程组的二分法、模值收敛判别法。应用上述三种算法可以求出大部分弥散方程的数值结果。文中引用了参考文献中关于复波数域弥散曲线的算例,应用这三种方法分别对算例中的弥散方程进行求解并绘制相应复波数域弥散曲线。结果表明,这三种方法均可较好地对算例中的弥散方程在复数域中进行求解。通过与参考文献中的算例进行对比,进一步分析了这几种方法的特点和使用范围,介绍了如何应用这几种方法对复波数域弥散方程进行求解。     

一种考虑虚拟质量力的两相压力波速经验模型

前人建立的两相压力波速经验模型未考虑虚拟质量力,本文考虑虚拟质量力、管壁弹性、管壁粗糙度等因素,通过求解双流体模型的小扰动,提出了一种新的气液两相压力波速经验模型．以一个具体的工程实例为背景,运用数值方法对其求解,得到的计算结果与前人实测的实验数据一致．结果表明,当空隙率较小时(0＜Φ＜15%)时,虚拟质量力对压力波速的影响不大,当空隙率较大时(Φ≥15%),考虑虚拟质量力计算的压力波速远大于不考虑虚拟质量力计算的压力波速．经验公式也可达到准确求解压力波速的目的．     

垂直断层破碎带对Rayleigh波传播与场地地震动反应的影响

采用基于时域粘弹性人工边界的Rayleigh波输入方法,对具有不同宽度、不同剪切波速的垂直断层破碎带的场地进行了Rayleigh波作用下的动力时程反应分析,研究了垂直断层的宽度与剪切波速变化对Rayleigh波传播及场地地震动反应的影响。计算结果表明:在Rayleigh波入射一侧的中远场地表面,断层宽度与剪切波速的变化对地面峰值位移反应影响很小;在Rayleigh波入射一侧的断层角点以及距角点较近处,随着断层宽度的增大或剪切波速的减小,峰值位移反应均增大;在另一侧中远场地面的峰值位移反应随着断层宽度的增大或剪切波速的减小而减小,且水平位移峰值减小的程度略大于竖向位移峰值。由此可以看到,软弱的断层破碎带对通过的Rayleigh波有削弱作用,且破碎带越宽或剪切波速越小削弱作用越明显。     

三维Helmholtz积分方程外问题几乎奇异积分的半解析算法

边界元法求解声场Helmholtz外问题时,由于简单闭合曲面外的无限域边界积分方程与原边值问题(外问题)不完全等价,从而会在某些激励波数(与相应内问题的特征波数重合)下不能获得唯一解。文章引入一种计算几乎奇异积分的半解析算法,结合CHIEF点法,在较宽的波数范围内计算了声场外问题近场和远场内的声压。计算结果表明,该算法不仅有效地克服了频域内解的非唯一问题,而且与单纯的CHIEF点法相比能够显著提高计算精度。     

剪切波速判别地震液化势的适用性研究

本文阐述了剪切波速判别地震液化势的可行性, 对目前国内外各种剪切波速判别地震液化势的方法进行了分析对比, 指出公式(6)是一实用、可靠的判别方法。     

软弱夹层特性对地震波强度影响的模拟研究

模拟了隐伏软弱夹层的弹塑性参数对其地震波放大效应的影响,发现当软弱层波速不大于上下围岩的 30 %时,就会在特定的频率上产生相当显著的地震动放大作用。研究结果表明,夹层放大作用的强度主要与其波速有关,而与密度及品质因素关系不大。研究还发现,这种放大作用的强度受软弱层波速与厚度之间的某种关系制约。这种关系的规律尚待通过进一步的理论分析或大量模拟研究去揭示。     

地面地震CT在浅层勘探中的应用

在地表面沿研究区域的四周布置激发点和检波器 ,进行人工地震观测记录。地震能量由激发点到达接收点 ,利用直达波、反射波和折射波等多震相 ,进行 CT反演 ,得到波速地震 CT图像。该图像给出浅层波速横向分布 ,反映了覆盖层分区及基底岩性特点与构造分布。该方法应用于某工程场地的浅层勘探中 ,所得波速 CT图像与地质露头及开挖相吻合。该方法将地震 CT技术从钻孔和巷道中解放出来。     

RESEARCH ON PRESSURE WAVE PROPAGATION CHARACTERISTICS IN THREE-PHASE FLOW DURING MANAGED PRESSURE DRILLING

考虑虚拟质量力、相间阻力、气相溶解度及滑脱速度等因素,在双流体模型基础上,建立了控压钻井中油-气-钻井液三相流体压力波速模型. 将溢流气体视为气相,将溢流油相及钻井液相视为液相,液相弹性模量及密度等参数为油相及钻井液相中各参数的加权和,利用半隐式差分及小扰动理论等数学方法,借助计算机编程对其求解. 结果表明,当井底气侵量从0.36m³/h 增至3.6m³/h,波速减小峰值为498.59m/s,而相同的油侵增加量,波速呈缓慢减小趋势,波速减小峰值为19.21m/s;当回压从0.1MPa 增至9.0MPa,波速呈增大趋势,波速增大峰值为233.15m/s;不考虑虚拟质量力,在低频段引起的波速误差呈增大趋势,在高频段引起的波速误差峰值稳定于10.03%.     

控压钻井中三相流体压力波速传播特性

考虑虚拟质量力、相间阻力、气相溶解度及滑脱速度等因素,在双流体模型基础上,建立了控压钻井中油-气-钻井液三相流体压力波速模型. 将溢流气体视为气相,将溢流油相及钻井液相视为液相,液相弹性模量及密度等参数为油相及钻井液相中各参数的加权和,利用半隐式差分及小扰动理论等数学方法,借助计算机编程对其求解. 结果表明,当井底气侵量从0.36m3/h 增至3.6m3/h,波速减小峰值为498.59m/s,而相同的油侵增加量,波速呈缓慢减小趋势,波速减小峰值为19.21m/s;当回压从0.1MPa 增至9.0MPa,波速呈增大趋势,波速增大峰值为233.15m/s;不考虑虚拟质量力,在低频段引起的波速误差呈增大趋势,在高频段引起的波速误差峰值稳定于10.03%.      

初始应力对碳纳米管横波传播的影响

本文研究初始应力对碳纳米管在极高频率（大于1THz）下横波传播的影响。计算结果表明：轴向初始应力的存在除了改变碳纳米管的横向波速和管间振幅比的大小（压应力时横向波速降低，管间振幅比增加，拉应力时结论相反）外，还会影响其横向波速的数目。双层碳纳米管受轴向初始压应力时，在某个频率区域存在最多三个横向波速，与受轴向初始拉应力和未受轴向应力时最多只存在两个横向波速有所不同。