严重段塞流现象与立管顶部节流的瞬态模拟

在对严重段塞流现象实验研究的基础上,本文采用OLGA软件建立了实验系统的瞬态模型,对水平段长度为114 m,下倾段长度为133 m,立管高度为15.3 m,内径为50.8 mm的集输-立管系统中的严重段塞流现象进行了数值研究,给出了相应流型图,并将立管底部压力、立管顶部持液率、段塞周期等严重段塞流特性参数的模拟结果与实验结果进行了对比;本文还对控制严重段塞流现象的立管顶部节流法进行了模拟研究,并与实验结果进行了对比。研究发现,本文的瞬态模型能够较好地模拟出实验中发现的四类流型,但对严重段塞流详细特性参数的模拟不够准确,对顶部节流的模拟与实验结果相差较大,对顶部节流法消除严重段塞流的机理仍需进一步研究。     

严重段塞流顶部节流作用下的流型及其转变

严重段塞流是常见于海洋石油工业集输-立管系统中的一种有害流型,而立管顶部阀门节流是抑制和消除严重段塞流的有效方法。本文实验研究了对严重段塞流采取节流操作所引起的流型及其转变特性,结果表明,随着阀门开度的减小,节流阀压降增大,背压升高,很大程度上抵消了下倾管内封闭气体的压力,从而抑制了下倾管内气体体积的膨胀,导致下倾管内的大量气体无法在短时间内快速连续地进入立管,而只能以大气泡或小气泡群的形式间歇进入立管,促进了弹状流和泡状流的形成。考虑了气液流速对节流阀压降的影响,建立了节流作用下S型立管内气液稳定流动边界,与实验数据吻合良好。     

严重段塞流压力及持液率周期特性模拟研究

本文采用简化严重段塞流节流模型数值模拟了不同出口阀门开度下管道入口压力和出口持液率等特性参数的周期规律。研究结果表明,在一定的阀门开度下,严重段塞流具有明显的周期性,压力波动较为明显,气液间歇流出。当管道出口阀门开度减小到一定程度后,管道入口压力波动减小,周期降低,管道出口气液由间歇流转为混合流动。本文数值模拟结果与实验结果进行了比较,管道入口压力峰值、压力波动、周期等参数吻合较好。     

集输立管内流型分类及流型控制实验研究

根据归一化压差及出口相含率信号特征规律对集输-立管内所发生的流型进行了判别及分类,将流型划分为典型严重段塞流(SS1)、第二类严重段塞流(SS2)、第三类严重段塞流(SS3)、震荡流型(OSC)及稳定流型(STB),并对所观察到的典型严重段塞流(SS1)进行了手动节流、基于立管底部压力的PID控制及基于立管压差的PID控制调节。通过对比消除典型严重段塞流后立管底部压力、立管压差、入口流量波动及调节阀平均开度等参数对三种控制策略的控制效果进行评价得出结论:基于立管压差的PID控制调节效果最好,基于立管底部压力的PID自动控制次之,手动节流控制严重段塞流效果最差。     

强烈段塞流特征参数测量方法试验研究

通过对单个液塞经过管道上某一测压点时的压力信号进行理论分析,指出了压力波动曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系。根据分析结果,采用单压力信号判断法,求得了强烈段塞流的液塞运动速度、液塞长度等特征参数。与利用双平行电导探针相关法求得的结果比较发现,单压力信号判断法具有测量结果准确、不受流动介质物性限制、不干扰流场、简便实用等优点。     

长距离集输立管中严重段塞流频率特性研究

实验研究了1 MPa压力下长距离集输立管中严重段塞流特性,基于立管压差信号的功率谱密度(PSD)函数,研究了严重段塞流频率随气液流量、立管顶部节流的变化规律.实验结果表明,严重段塞流频率随气液流速的增大而增大,但随液相流速增大的幅度更大;将严重段塞流节流至稳态的过程中,在极小气液流速的SS1区域范围内,节流会使得严重段...     

顶部节流条件下S型柔性立管内油气水三相流流型转变实验研究

实验研究了集输-立管系统中,立管顶部节流条件下S型柔性立管内油气水三相流流型及其转变机理.发现,随着阀门开度的减小,S型柔性立管内依次会出现严重段塞流、类弹状流和类泡状流.背压的升高是促使流型发生转变的原因,升高的背压抵消了立管上游封闭气体的压力,从析抑制了立管内气相的运动速度.本文建立了节流过程中S型柔性立管内流型间...     

用于节流控制的立管严重段塞流模型研究

开发了一种基于ODE方程的严重段塞流模型,能在基本准确的模拟立管严重段塞特征参数的同时进行严重段塞流节流控制特性的模拟。在阀门全开,无节流控制的时候,模拟得到的段塞特征参数与实验数据及OLGA模拟结果符合较好;在阀门开度为9%,8%,7%时对严重段塞流进行节流控制模拟,与OLGA节流模拟结果符合较好。该模型计算速度远快于OLGA模型,更能用于严重段塞流的实时现场控制。     

下倾-立管系统中严重段塞流现象的周期特性

本文在室内的模拟实验系统上对严重段塞流的周期特性进行了实验研究.通过对实验现象和立管底部的压力波动信号分析后发现,严重段塞流的周期主要取决于液塞形成和液塞流出阶段所经历的时间,与气相表观流速,液相表观流速、下倾管倾角等实验参数有关.通过下倾管中的气体在积累阶段质量守恒方程,得到严重段塞流周期计算模型.模型的预测结果与实验测得的周期相比偏小.在较大的气、液相表观流速下,严重段塞流周期计算模型的预测结果比较准确.     

在轨贮存技术地面原理试验系统研制及其热力排气系统工作能力测试

热力排气系统(TVS)可在微重力环境下实现低温贮箱压力的有效控制,在低温推进剂在轨贮存技术中具有应用前景。为了深入研究热力排气系统、被动绝热、蒸汽冷却屏等多项技术的耦合运行规律,设计并搭建了以液氮为模拟介质的在轨贮存技术地面多功能原理验证试验系统。本文将通过净蒸发量测试、消除热分层测试及控压实验测试来介绍该系统的热力排气功能的实现情况。分析低温贮箱的自增压过程特性,获得贮箱热分层规律;在单个热力排气控压周期内检验TVS消除热分层和消降压力的效果;对比分析基于压力反馈和基于压力+液体温度反馈这两种控制策略的控压特点,从介质损失率的角度评估两种控制策略的优劣。结果表明,贮箱热分层主要出现在气枕区的轴向上,形成于气枕的等容加热期,而热力排气系统能有效消除热分层并消降贮箱压力;压力反馈策略能够通过节流换热的方式减缓液体温度上升,但是贮存流体损失相对较多;而压力加温度反馈策略可实现短期贮存流体零损失。     

气举消除严重段塞流方法的实验研究

在模拟集输-上升管路系统的实验装置上,对消除严重段塞流现象的气举法进行了实验研究.实验结果表明,采用上升管下部注气的方法可以消除严重段塞流现象,实现管道出口气液的稳定流动,减小系统的最高压力,同时可以防止上游水平管内出现高频率的长液塞流动.分析发现,当注入气体流量增大到上升管中流型转变为块状流型时就可以消除严重段塞流现象,而气举法所需的最佳注入气量可以采用流型图来判断和计算.     

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.     

水平-S型柔性立管系统中空气-水两相段塞流压力信号的特征分析

本文对水平-S型柔性立管中空气-水两相流进行了实验研究,着重对各种流型下的立管底部压力信号进行了特征分析,给出了立管底部压力的变化速率、振幅谱特性以及分布律规律.分析结果表明,从严重段塞流到稳态流型,立管底部压力变化速率变化更加剧烈且频繁;压力波动频率增大且周期性减弱,波动模式复杂;压力分布律峰值从较高压力区域移向较低...     

集输-上升管路系统严重段塞流实验研究

在模拟集输上升管路系统的实验装置上,研究了多种倾斜管角度下严重段塞流发生规律,给出了流型图。实验发现,倾斜管水平时仍会出现严重段塞流。流动参数分析表明,严重段塞流具有显著的周期性,压力大幅度振荡,气液间歇流出上升管,出口气体速度可能超过入口数十倍,对分离器造成剧烈冲击。研究发现,严重段塞流周期随气液流量增大而减小,并且符合幂律定律。     

Duffing振子微弱信号检测盲区消除及检测统计量构造

针对Duffing振子进行同频微弱信号检测时存在的检测盲区, 提出了一种策动力移相法予以消除. 结合微弱信号特性对检测盲区表达式进行分析, 得出了策动力与待测信号的“相差”位于检测盲区时的角度范围, 通过使策动力相位产生相移量π后实现对同频信号的检测, 实验证明了方法的可行性. 为了克服定性分析的不足和有效区分振子系统信号检测过程中出现的不同状态, 构造了一个基于类Halmiton系统的检测统计量, 并设计了基于该统计量的任意频率信号检测方法步骤, 方法的核心是以检测统计量出现极大值处所在的连续两个频点作为待测信号的频率范围. 在不同检测过程的仿真实验基础上, 给出了混沌、间歇混沌和大周期的检测统计量数值范围, 进而利用该数值范围作为判据实现了对任意频率信号的检测. 实验结果表明, 该方法不仅为系统状态提供了定量的判据准则, 而且提高了信号检测性能, 进一步完善了现有利用Duffing振子进行微弱信号检测的方法.     

Eliminating additional laser intensity modulation with an analog divider for fiber-optic interferometers

Additional laser intensity modulation (LIM) will degrade performance of fiber-optic interferometric sensors in which phase generated carrier demodulation techniques are utilized. In this paper, a new method to eliminate the additional LIM of a sinusoidal modulated fiber ring laser through an analog divider is presented. Experimental results show not only LIM but also intensity noise peak caused by relax oscillation are eliminated simultaneously by the analog divider. System becomes more stable, and gets a higher performance with adoption of this method. Factors influencing system performance are also analyzed.     

Calculation of the Binding Energy in the One-Dimensional Hubbard Model by the VMC Method

Using variational Monte-Carlo method and choosing an antiferromagnetic trial wave function,we have calculated the binding energies just off half-filling in one-dimensional Hubbard chains. We found the binding for the lattice length N being less than 40 in the degenerate case, but no binding at aU in the non-degenerate case. However, with lattice length increasing gradually, difference between the two cases becomes smaller and smaller. Finally, there is no binding at all no matter whether or not the chains have a degeneracy at the Fermi level in the non-interacting (U=0) limit. It may bean in,dication of the independence of the final calculation results on the boundary conajtions for the large enough system or in thermodynamic limit.     

Experimental study of annoyance due to low frequency environmental noise

We have carried out a study of a particular environmental noise phenomenon which appears to be a cause of real and severe disturbance to certain people. The study has been based on field measurements and on laboratory studies and questioning involving two people who have suffered from this problem for some years. The disturbance is heard by them as a ‘throbbing’ sound and is particularly prevalent indoors, rather than out-of-doors.The study has indicated that the phenomenon arises with a broad band spectrum which lies close to the hearing threshold and which is unbalanced to the extent that the major stimulus occurs in the frequency range 20–100 Hz. It is suggested that the unbalanced spectrum may arise as a result of low frequency noise generated by distant industrial sources.