页岩气压裂管汇弯头的冲蚀磨损影响分析*

为减小管汇弯头所受的冲蚀磨损率,在考虑固液两相流模型、流体控制方程及冲蚀磨损计算模型基础上,建立高压弯头冲蚀磨损数值模型,以现场工况为依据,对压裂液的流动速度、压裂液黏度、质量流量以及颗粒直径进行控制调整,研究高压弯头的冲蚀因素,得出各因素对弯头冲蚀磨损机理,总结各因素对弯头冲蚀磨损规律。结果表明:为减小冲蚀磨损率,提高高压弯头使用寿命,应减小施工压裂液的质量流量、选用直径较小的颗粒、压裂液黏度应为0.014 Pa·s左右;针对高压弯头提出弯径比为2～3、适当增加弯头的壁厚等改进措施。     

页岩气压裂弯管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟

为了研究超高压水力压裂下支撑剂颗粒进入弯管后冲蚀磨损区域的变化特性。基于液-固两相流理论、Fluent冲蚀模型建立弯管冲蚀模型,结合弯管内流场分析颗粒运动轨迹,引入斯托克斯数（St）探究冲蚀磨损区域变化,并进行数值分析。研究结果表明:弯管中冲蚀磨损发生区域有5处,主要严重区域有3处,弯管流场会改变固体颗粒数量及对壁面冲击动能与运动轨迹,St变化会明显引起冲蚀磨损区域的规律性变化;随着St从0~1至St>1变化,弯管段内壁面外侧（液体进入弯管后的正对区域）与直管段靠近弯管段的侧方区域的冲蚀磨损情况呈现“此消彼长”的规律性差异;管径越小,最大冲蚀速率的增长幅度越明显,增大管径,是减小冲蚀磨损的有效途径。研究结果对压裂弯管的改进设计及管道安全防护具有指导作用。     

矿井主通风机叶轮磨损失效的评价

矿井主通风机叶轮严重磨损威胁着矿井安全生产 ,研究主通风机叶轮磨损和正确地评价叶轮的磨损失效 ,对煤矿安全生产具有重大的现实意义。应用气—固两相流动理论分析了主通风机叶轮的磨损部位 ,结论与现场叶轮的实际磨损相吻合。提出了叶轮磨损过程的 3个阶段。利用材料磨损理论分析了主通风机叶轮磨损机理 ,得出了叶轮磨损是以气体动力学磨料的冲蚀磨损为主 ,低应力擦伤型磨料磨损、腐蚀磨损为辅的结论。依据国家标准 ,结合矿井主通风机工作特点 ,从安全角度提出了矿井主通风机叶轮磨损永久失效的判据 ,并给出了判定标准。     

连接结构尺寸对三通管冲蚀磨损影响的数值模拟

针对石油管道运输系统中三通管的冲蚀磨损问题,采用DPM冲蚀预测模型,模拟分析了油品中夹带的固体颗粒对连接结构尺寸不同的三通管的冲蚀磨损情况,得出了颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明:T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁,有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁,且冲蚀磨损程度相对较小;随着流体流入速度的增大,2种三通管的最大冲蚀率随之增大且呈指数增长;随着颗粒质量流量的增大,2种三通管的最大冲蚀率均随之增大;当流体在2种不同的三通管中流动时,管道系统的最大冲蚀率的曲线变化趋势基本一致,均为先减小再增大;当管道弯头处球体的直径为管道直径的2倍时,管道的冲蚀速率最小,颗粒对于管道的冲蚀磨损程度最轻。     

磨料浆液除锈机理的研究

本文将冲蚀机理引入金属除锈工艺。通过分析冲蚀的单元作用机理、冲击过程中能量平衡及影响冲蚀的诸因素，阐明了金属除锈的机理。利用刚性粒子冲击塑性材料的模型推导出了除锈效率较高的最佳射流入射角。在钢板除锈应用过程中先以９０°入射角冲击钢板，使钢板上的脆性表层很快形成赫兹裂纹，并且容易脱落，再以１６．４８°的入射角冲蚀钢板，效果理想。     

除尘风机磨损的数值分析:叶型和粒度分布的影响

采用CFD技术,基于RNGk-ε紊流模型和磨损模型,研究了不同叶型除尘风机的流场和磨损率,证实了后倾型叶片比直叶片能优化流场,改善磨损,使风机使用寿命延长5倍。计算了一定粒度分布的粒子对后倾叶片中的磨损率。结果表明,颗粒粒径和数量浓度的大小是决定磨损程度的重要因素。因此去除大粒径粉尘、降低小粒径粉尘的数量浓度,是减轻叶片磨损的重要途径之一,更是除尘设备的工作方向。     

淹没状态下高压水射流破岩效率分析

为研究淹没状态下射流参数对射流破岩效率和安全性的影响,基于流体力学、弹塑性力学及岩石力学,通过流固耦合罚函数算法建立淹没状态下水射流冲击岩石数值计算模型。通过理论分析和实际试验对比验证所建模型。对不同工况下淹没射流冲击岩石进行数值模拟,探讨不同射流参数对破岩效率的影响。结果表明:随着射流速度的增大,破岩效率先后经历线性增长阶段和平稳增长阶段,岩石冲蚀深度变化具有一定相似性;岩石的冲蚀深度随靶距的增大而迅速减小,冲蚀孔径随靶距的增加而增大,冲蚀体积呈先增大后减小的变化趋势;射流直径对破岩效率的影响主要表现在冲蚀孔径上,对冲蚀深度几乎没有影响。基于正交设计试验,得到不同射流参数敏感性大小依次为:射流速度,靶距,射流直径。     

水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究

针对水力压裂中连续管内壁冲蚀磨损严重和连续管易失效的问题,基于液-固两 相流和冲蚀理论,建立了连续管内部砂砾冲蚀模型。采用Grant和Tabakoff模型求解砂 砾冲蚀速率,借助实验数据验证了CFD数值模型。利用该模型研究了连续管在不同弯曲 度、砂砾粒度、压裂液注入量、质量流量、压裂液粘度对连续管内壁的冲蚀特性。研究 表明:弯曲连续管比直连续管冲蚀磨损严重,且弯曲度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较 大。随着注入量的增加,壁厚平均损失值和壁厚损失峰值呈现快速递增趋势。支撑剂固 体颗粒的粒度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较大,粒度为40目时连续管冲蚀速率最大。 随质量流量的增加,连续管剩余寿命呈线性下降。随压裂液粘度的增加,连续管内壁冲 蚀速率总体呈现下降趋势。     

双风机并联机站局阻特性研究

为探究双风机并联机站局部阻力特性、完善机站局部阻力及其系数的计算公式,以实际矿井通风机站为工程背景,在分析机站流场能量损失机理的基础上,采用物理模型实验和数值计算相结合的方法,分析了机站入口分流、出口汇流的断面速度不均匀程度与机站阻力损失的关系,同时对不同宽高比的矩形断面进行多工况模拟。结果表明:断面速度不均匀性越大,速度分布重组造成的阻力损失越大;确定了机站局阻计算所需参数的合理测定位置,得出机站局阻系数计算时的综合影响系数Kc随风机工况增大而增大、随断面宽高比A增大而减小,并呈现较好的线性关系。研究结果可为多级机站通风系统通风阻力特性分析以及工程优化设计提供参考。     

气固两相流下球阀磨损特性研究

旋塞球阀是钻柱内防喷系统中的关键设备,在气固两相流下球阀易受磨损而失效,并造成严重的井喷事故。为此,将计算流体动力学理论与冲蚀磨损理论相结合,运用FLUENT软件对球阀壁面在气固两相流下的磨损分布情况进行研究,并进一步分析了球阀结构参数对于球阀壁面磨损的影响规律。结果表明:当气固两相流流经球阀时,固体颗粒会与气流分离,并在壁面上产生三处磨损集中区;随着球阀开度的减小,球阀壁面磨损量会急剧增大,且阀球内通道壁面上的磨损集中区由块状逐步转化为带状,而球阀出口处的磨损集中区则会逐渐向下移动;球阀流道直径的减小也会使得壁面磨损量增加,但磨损集中区的分布基本不变。研究结果可为进一步优化球阀流道结构以减轻其壁面磨损提供理论依据。     

旋风除尘器灰环磨损与锥体角度关系的研究

提出在普通锥体型旋风除尘器中,回转性灰环是造成锥体部位磨损的重要原因之一.通过对锥体内粉尘颗粒的受力分析,从理论上推导出了减低灰环磨损的锥体角度的表达式.通过对理论分析提出了旋风除尘器锥体设计中应注意的问题,为旋风除尘器的设计提供一定的参考依据.     

综掘面风幕集尘除尘系统的参数优化与数值模拟

针对目前井下综掘面粉尘治理难的问题,研制了一种新型风幕集尘除尘系统。其中风幕风机的风速、除尘风筒的结构尺寸及出口压力是影响整个系统集尘除尘效果的决定性因素。为使风幕集尘除尘系统的防治粉尘效果达到最优,通过计算流体力学FLUENT软件,分析风幕风机风速、除尘风筒直径及出口压力改变的条件下风机的表面空气流线以及粉尘颗粒轨迹。得到风机风速、除尘风筒的直径及出口压力对整个系统集尘除尘效果影响的规律。结果表明:单方面增加风幕风机的风速或出口压力时,系统的集尘除尘效果在一定范围内可以变好,但是超过一定范围之后,风速的增加或者出口压力的增大反而使系统集尘除尘效果变差;在其他条件不变的情况下,除尘风筒直径越大系统集尘除尘效果越好。     

降低矿井主扇能耗及其对策

系统地论述了降低矿井主扇能耗的诸措施，并对各种措施进行理论上的分析与探讨，提出了矿井内部采取局部风流循环可降低矿井的总能量。对老矿井，开采深度大、多水平开采的矿井，采用局部风流循环，其优越性更为突出。     

湿天然气管道螺旋流水合物浆液安全输送研究

研究了天然气水合物浆液在气液两相螺旋管流中流动特性,分析了以气相为连续相、水合物颗粒为离散相的气固两相螺旋流的流动机理,通过对水合物颗粒受力分析和运动分析,结合螺旋流旋涡结构演化规律,推导出水合物颗粒平动、转动的判断条件,给出了颗粒各种受力的关联式,建立螺旋管流水合物颗粒运动模型,探讨了水合物颗粒的动力学行为。分析水合物浆液流动特性得到临界速度1即水合物浆液从固定床流动向悬浮流转化速度以及临界速度2即水合物浆液从移动床流动向固定床转化速度,为水合物浆液稳定流动提供了理论判据。     

风机横向布置间距对公路隧道污染物分布的影响研究

隧道内风机布置方式对通风效率和汽车尾气净化有显著影响,为了优化隧道顶部风机横向布置,提高隧道通风效率,改善隧道内的环境质量,有效节约隧道运营通风能耗,利用计算流体软件Fluent,建立公路隧道射流通风模型,开展不同风机横向布置间距隧道内流场和污染物分布的三维数值模拟,分析隧道内流场分布、纵向CO质量分数分布和不同截面CO质量分数分布特征及规律。结果表明:风机横向布置间距对隧道内的通风和净化除尘效果都有一定的影响,流场分布与污染物分布规律相似;在风机横向布置间距为3倍风机直径时,升压折减系数为0.6154,达到最大值,此时隧道内的流场分布和污染物控制效果较好;因此,在进行风机布置时,建议将风机横向布置间距确定为3倍风机直径。     

浓密尾矿管道输送的研究现状及展望

为掌握浓密尾矿管道输送中的流动规律及阻力特性,对国内外现有研究成果进行了综述,以尾矿颗粒的粒径尺寸和分布特征为切入点,分析了颗粒-颗粒、颗粒-流体间的相互作用,提出将浓密尾矿管道输送划分为均质结构流和复合流动两种模式,分别对不同模式下浆体流变性质、颗粒运移行为、流动型态及阻力特性方面的研究成果和最新进展进行了评述。结果表明:均匀细颗粒(d dc)浓密尾矿可视为由细颗粒介质与离散粗颗粒组成的复合流体,粗颗粒具有"剪切沉降"效应,介质屈服应力较小(τy<5τyc)时,浆体在管道内分层流动,管流阻力可通过两层流模型进行分析。     

高海拔矿井风机气动噪声数值模拟及实验研究

为研究高海拔矿井风机气动噪声规律,建立小型轴流风机三维物理模型,利用CFD软件对环境气压分别为1,0.9,0.8,0.7,0.6及0.5 atm时的风机模型进行定常模拟、非定常模拟及噪声计算,并通过自主设计的压变实验装置对上述不同环境气压条件下风机转数分别为500,1 000,1 500和2 000 rpm时的风机噪声进行测试,分析风机叶片附近监测点噪声频谱曲线及压变环境风机噪声实验数据,结果表明:风机转数和环境气压是影响风机气动噪声的2个重要因素;环境气压P一定时,风机转数n越大,各频率下的风机气动噪声声压级SPL越大,且风机噪声总声压级Lp和平均声压级Lavg均随风机转数n的增大呈对数函数增加;风机转数n不变时,随着海拔高度的升高,环境气压P降低,各频段下风机气动噪声声压级SPL均将减小,且风机噪声总声压级Lp和平均声压级Lavg随环境气压值P的降低呈线性函数减小,环境气压每降低0.1 atm,二者分别降低1.47和1.29 dB。     

矿用改性水泥基封孔材料的抗冲击性能试验

为了解决矿用水泥基封孔材料的抗冲击性问题,利用DTM-1000落锤冲击试验机研究不同掺量聚丙烯纤维对水泥基封孔材料抗冲击性能的影响,试验更接近于工程实际。在试验基础上初步探讨纤维素对水泥基材料的抗冲击性能提升的机理,为了进一步提高水泥基封孔材料的抗冲击性,利用试验研究不同玻璃纤维和聚丙烯纤维的混合比例对封孔材料抗冲击性的影响。最终得出当聚丙烯纤维和玻璃纤维混合比在1.5∶1为最佳提高水泥基材料的抗冲击性的比例。矿用改性水泥基封孔材料的抗冲击性能试验对提高水泥基封孔材料的抗冲击性能研究具有重要的参考意义。