垂直管道中密相两相流动的解析解

本文依据文献[1]的密相两相流动的数学模型,对垂直圆管中密相两相流动进行了解析求解,分别得到了连续相和分散相的速度解析表达式.在相间阻力与相间速度差成比例时,除了在离管壁面很近的薄区之外,管道流动规律与达西渗流定律完全一致.本文验证了文献[1]的密相两相流动数学模型的假定在本文情形下是合理的.     

CONCERNING TIME-PERIODIC SOLUTIONS OF THE NAVIER-STOKES EQUATIONS IN CYLINDRICAL DOMAINS UNDER NAVIER BOUNDARY CONDITIONS

The problem of the existence of time-periodic flows in infinite cylindrical pipes in correspondence to any given, time-periodic, total flux, was solved only quite recently in [1]. In this last reference we solved the above problem for flows under the non-slip boundary condition as a corollary of a more general result. Here we want to show that the abstract theorem proved in [1] applies as well to the solutions of the well known slip (or Navier) boundary condition (1.7) or to the mixed boundary condition (1.14). Actually, the argument applies for solutions of many other boundary value problems. This paper is a continuation of reference [1], to which the reader is referred for some notation and results.     

垂直管中双尺寸颗粒群的混合及分离规律研究

深海能源的开发利用近年来受到各国关注,而深海矿石是深海能源的重要组成部分.文章以深海采矿的垂直管水力输送为研究背景,其管道内流的典型特征是颗粒级配宽且颗粒浓度高.宽级配特征下,管道内存在粗细颗粒混合及分离的现象,可能导致颗粒局部浓度增加,危害输送安全.因此,文章研究垂直管内双尺寸颗粒群的混合及分离机理.采用计算流体力学-离散元方法 (CFD-DEM)开展数值模拟,针对粗细颗粒尺寸差异大导致体积浓度计算不准确的问题,提出颗粒群体积浓度计算修正模型以及欧拉场到拉格朗日场的数据映射模型,并进行程序实现及模型验证.研究发现粗细颗粒混合及分离过程会造成颗粒群前后出现间断,并且增加颗粒群局部体积浓度及颗粒碰撞频率.还定义无量纲颗粒碰撞应力和流固相互作用应力,表征颗粒碰撞强度和流固相互作用强度.颗粒群混合到分离过程中颗粒碰撞应力显著增加,因此可通过颗粒碰撞应力曲线确定初始混合到完全分离的时刻.此外,流固相互作用的差异是引起粗细颗粒分离的根本原因.     

长输氢气管道失效分析与定量风险评价

长输氢气管道是一种解决大规模输氢的有效方式，但其失效机理和泄漏扩散规律不同于常规油气管道，因此为提高氢气长距离管输的风险应对能力，本文分析了包括氢损伤在内的6类风险致因，辨识了氢气管道泄漏典型事故场景，研究了失效概率预测和潜在生命损失计算模型，从而构建了一种量化风险评价方法。通过案例分析表明：该方法解决国内缺少失效统计数据前提下的失效概率分析问题，多场景泄漏事故计算为最大限度评估后果严重性提供保障。     

基于STAMP模型的掺氢输送放空系统风险分析

随着掺氢运输迅猛发展，原有的放空系统又产生了新的安全隐患和风险因素。为了保障掺氢管道放空作业时设备和人员的安全，本文基于事故分析模型，通过分析掺氢管道的放空流程，确定放空系统失效事故的安全约束条件，建立放空作业控制与反馈模型，识别控制模型中潜在的不安全控制行为，确定不同的不安全控制行为产生的风险及对应的安全约束，对掺氢管道的风险性进行分析研究，提高掺氢管道放空作业的安全性。     

基于PSO–GPR含缺陷管道失效应力预测

传统对含缺陷管道失效应力的预测方法存在误差偏大的问题。针对该问题，利用MATLAB软件建立基于PSO–GPR(particle swarm optimization–Gaussian process regression)含缺陷管道失效应力预测模型。通过对60组含缺陷管道的试验数据进行测试，发现预测结果与实测结果均在95%置信区间内，表明可以将均值作为预测结果。对预测结果进行分析表明：高斯过程回归的预测结果与实测结果的最小相对误差为0.003%，最大相对误差为1.205%，平均相对误差为0.319%，基于预测结果和实测结果的散点均落在曲线y=x的±1.3%误差带中，验证了高斯过程回归预测模型的准确性，为管道的工程实际应用与维修提供较为精准的判断依据。     

管道封堵机器人的大变形橡胶筒静态密封特性仿真与试验研究

在管道封堵机器人中大变形橡胶筒是实现密封的核心部件，其在使用中常出现密封失效和撕裂失效等问题.为了明晰上述原因和解决问题，本文中研究了不同橡胶材料以及不同橡胶筒轴向长度、径向长度和倾斜边角等结构参数对管道封堵机器人的静态密封特性影响.基于橡胶材料的高弹性和大变形特性，进行了橡胶筒的多阶段变形力学分析.对橡胶材料进行单轴拉伸压缩试验，得到橡胶材料的本构关系参数.建立管道封堵机器人橡胶筒密封特性分析的有限元计算模型，通过多因素分析方法，获得橡胶筒关键结构参数的最优方案.并设计了室内试验来进一步确定最优橡胶筒材料.研究结果表明集中在橡胶筒肩部的应力直接影响橡胶筒的形变损伤.经过橡胶筒的密封效果对比分析后得出最优的橡胶筒结构为轴向长度180 mm、径向厚度55 mm、倾斜边角28°，橡胶材料硬度为85 HA.     

含氢气体环境中管线钢材料氢相容性评价的力学性能关键指标研究

本文在不同分压氢气环境中对材料为X42,X52,X60,X70和X80的管线钢材料进行慢应变速率拉伸、断裂韧性和疲劳裂纹扩展测试，研究了含氢气体对管线钢强度、塑性、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率等性能的影响，讨论了氢分压对管线钢材料氢环境相容性的影响，提出了适于管线钢氢环境相容性量化评价的关键力学性能指标和相应的指标测试方法，以便科学评估管线钢材料对氢环境的适应性。     

含分叉结构输水管道泄漏瞬态特性数值模拟

在输水工程中，由于地形、地质等因素的限制，分叉型结构管道得以广泛推广和应用，分叉结构输水管道泄漏是国内外学者非常关注的一个重要问题，而瞬变流法是目前高效、精确且快速的泄漏检测方法之一。基于此，本研究构建了含分叉结构输水管道的瞬变流模型，探究了影响阀门末端压力变化的因素。结果表明，压力曲线的差异性随分叉管长度的增加而增大；压力曲线的衰减速率随阀门关闭时间的增加而变慢；泄漏量对压力曲线变化周期影响不大，但随着泄漏量增大，压力曲线的面积积分变小；泄漏位置不同，压力曲线在幅值处的形状不同，当泄漏位置位于管道上半段时，曲线在幅值处会凸起，当位于管道下半段时，曲线在幅值处会出现凹陷的趋势。     

基于时延估计的光栅阵列管道泄漏检测与定位方法研究

城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患，一旦发生危险，后果不堪设想，燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题，提出了一种基于时延估计的光栅阵列（wFBG）管道泄漏检测与定位方法，该方法通过光栅阵列技术采集振动信号，根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征，首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏，然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻，最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明，该方法能有效检测泄漏，并且在测量距离为40 m的情况下，定位误差在1 m左右。