热流耦合

摘要： 为了探究液滴撞击热多孔介质表面的热流耦合问题,笔者建立了三角锯齿模型来表征多孔材料的表面粗糙度,运用二维轴对称模型来简化三维问题的计算。运用流体体积法(volume of fluid,VOF)来追踪液滴变形过程中两相界面的变化,运用RNG k-epsilon模型来计算湍流的影响。研究结果表明:液滴的We数越大,润湿能力越强,多孔材料的降温效果也越好;多孔材料表面温度T;越高,液滴的渗透能力越强,多孔材料的降温效果也越好;液滴比热容c;越小,液滴的渗透能力越强,但对多孔材料的降温效果越差;多孔材料表面粗糙度R;越大,液滴润湿能力越差,但对多孔材料的降温效果增加。该研究成果对多孔介质表面湿润、渗流及传热热有一定的参考意义。

摘要： 以中间减速器为研究对象,建立了其热-流耦合计算模型,运用Fluent仿真技术,设定了机匣外流场的边界条件,对中间减速器机匣内外热平衡特性进行了分析。简化了机匣内热源施加方法,分析了不同气流速度下机匣壁面的压力、对流换热系数及温度分布的影响规律。结果表明,不同气流速度下,机匣迎风面均出现压力最大值,机匣两端面与背风面处于负压状态,与外部空气流场的进出口位置有关;机匣迎风面温度较机匣背风面的低;随着气流速度的增加,机匣散热性能增强,但壁面压力也在增高。因此,选定气流速度应从机匣散热和强度两方面综合考虑。

摘要： 缝洞型岩溶热储是一种典型的地热能储层,具有出水量大且地热利用后尾水易于回灌的优势,是我国最具开发利用潜力的地热储层类型之一,但由于其储集空间类型多样(孔缝洞),且具有复杂的多尺度、强非均质性、多流态特征,因此对于热采过程中所涉及的流动、传热过程及热采动态等特征的认识尚不清晰。为此,基于缝洞型岩溶热储的特点,提出了基于离散缝洞网络方法的热流耦合数值模拟方法,并进行了模型准确性验证。研究结果表明:①提出了多孔介质渗流区采用达西定律描述,溶洞自由流区域采用Navier-Stokes方程描述,两区域间采用Beavers-Joseph-Saffman边界条件进行耦合的流动传热耦合数值模型;②裂缝网络连通性是控制和评价缝洞型热储流动传热效果的关键参数,而溶洞的存在对热储内的流动传热效果起重要影响;③离散缝洞网络热流耦合模型能够有效地描述缝洞型热储的流动传热过程,并发现裂缝网络连通性控制着缝洞型热储的热流耦合过程;④溶洞的存在会严重影响热储的热流耦合过程,一是增多系统内贯穿的高速流动通道数量,甚至使系统从不连通变为连通,二是增大系统内局部流动通道速度。结论认为,该方法对于研究缝洞型岩溶热储开发特征及其热采性能优化具有重要意义。

摘要： 电缆载流量是电力电缆运行中的重要参数。为给敷设于隧道中的超高压电缆运行提供参考,文中根据实际电缆隧道结构和内部电缆排布方式,运用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立电缆隧道三维几何模型,进行温度场和流体场的耦合仿真计算。采用有限元法,对不同运行方式和环境条件下的温度场和流体场分布规律进行分析,计算隧道敷设超高压电力电缆载流量。研究表明:最高温度出现在电缆导体处,温度沿着电缆径向逐渐降低,出口截面处的温度和风速相对入口截面处有所增大;随着电流负载增加,电缆发热对周围环境温度的影响也随之增加;双回路和4回路敷设时电缆稳态载流量高于8回路敷设时电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。

摘要： 发展清洁、稳定、可再生的干热岩型地热资源对于缓解能源危机、减轻环境污染、改善人类健康具有重要意义。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是一项改造干热岩天然储层,高效开发地热能资源的先进技术。以澳大利亚库珀盆地地热储层为研究对象,基于水力压裂实测微震数据,建立了三维分区均质渗透率模型和非均质渗透率模型,分别进行储层温度场、流场及采热性能变化的研究,并对比其差异。结果表明:在同样的注采流量下,由于非均质模型中微震事件集中于井口附近,进而形成明显的优势流动通道,流体从注入井更快流向生产井,温度下降速度相对更快,分区均质模型中优势流动通道没有非均质模型明显,温度下降速度较慢;地热模型运行期间分区均质模型的采热量变化相对稳定,降幅为3.74%,非均质模型采热量降幅较大,为12.72%。分区均质模型的模拟结果相比于非均质模型,温度下降幅度小、采热量高;但实际储层中的渗透率分布不均,分区均质模型的模拟采热量相比实际采热量偏高,因此在实际应用中,非均质模型的模拟结果对实际工程更具参考意义。

摘要： 为研究影响增强型地热系统高效换热的各项因素,实现对EGS的完整性评价,以单裂隙热储与井筒结合为研究对象,利用COMSOL软件建立热储与井筒结合的热流耦合模型,分析其温度场变化规律和产出井筒的温度随时间的变化规律,以及循环流体流量、热储基质渗透率和裂隙渗透率参数变化对EGS渗流与传热的影响。结果表明:产出井筒温度随运行时间增加先快速升高后缓慢下降,整体上产出井筒处于向周围地层放热的状态;随运行时间的增加进而改变循环流体流量,运行前期增加注入流量(14 kg/s),后期减少注入流量(10 kg/s)可以提高系统出口温度;出口温度随热储基质渗透率增大而上升,且基质渗透率越大,达到最大出口温度时间越迟;裂隙渗透率对出口温度的影响呈现负相关性,当裂隙渗透率由1.0×10^(-10)m^(2)增加到3.0×10^(-10)m^(2)时,运行10年出口温度下降9.5°C,运行40年出口温度下降21.4°C,下降幅度越来越大。

摘要： 针对双子弹模压机异型模杯成型时出现的黄变、破损等问题,构建UG异型模,采用Fluent进行热流耦合数值模拟,编写UDF程序控制涡旋风入口条件,采用正交试验法进行极差分析,得出最佳异型模模具的参数。通过实测异型模具表面温度,并与数值模拟数据对比。结果表明:双子弹模压机可达到高表面质量的异型模杯成型要求,符合实际生产的模具需求。

摘要： 加氢空冷管束多发铵盐流动腐蚀而泄漏。铵盐腐蚀风险又取决于设备中的气相分压、介质流速和温度等特征参量。为有效预防铵盐腐蚀,探明介质流速及温度等参量间的相关特性与作用机制十分必要。鉴于此,采用对流传热耦合与RANS模型、根据设备在役工况,对空冷设备进口管箱、管束中的多相流介质流场展开流热耦合数值模拟分析,讨论在役空冷设备进口管箱和管束中的流态和温度场变化。流场状态因射流卷吸机制将形成横向脉动,脉动随着时间推移趋于稳定,而湍流动能也会因为介质脉动范围的扩展而耗散、降低。同时,多相流介质全场的温度最低值也将随时间推移而升高并趋于稳定,各管温度场沿介质流出方向会出现高低波动。考察各管流速及温度值还得到了流速同温度间的相关系数,进口管箱中两排管束的流速和温度均存在较高的相关度。之所以温度随时间推移会趋于稳定,而流速、温度二者存在较高相关度可从流场能量方程予以阐释。基于此,工程实际中可参照不同位置管束红外测温结果、估算流速,进而科学预测、有效防范空冷管束铵盐流动腐蚀。

摘要： 为研究高效燃气透平叶片前缘冷却方式,针对GE-E3高压透平第一级动叶前缘的冲击-气膜复合冷却结构进行了热流耦合数值研究,对比分析了冲击-气膜复合冷却和旋流-气膜复合冷却对动叶前缘复合冷却特性的影响.首先对5种湍流模型(标准k-ε模型、RNG k-ε模型、标准k-w模型、SST k-w模型、SST k-ω γ-Reθ转捩模型)在求解冲击-气膜复合冷却时的精度进行了考核,然后对网格无关性进行了验证,在此基础上详细对比分析了冲击-气膜复合冷却和旋流-气膜复合冷却条件下透平动叶前缘的综合冷却效率、流场结构和叶片前缘材料内部温度分布,并研究了质量流量比、气膜孔展向角度对叶片前缘冲击-气膜复合冷却和旋流-气膜复合冷却综合冷却性能的影响.结果 表明:在计算范围内,任意冷气质量流量比和气膜孔展向角度下旋流-气膜复合冷却结构叶片前缘两侧的整体平均综合冷却效率均比冲击-气膜复合冷却结构的整体平均综合冷却效率高6％以上;冲击-气膜复合冷却和旋流-气膜复合冷却结构的动叶前缘平均综合冷却效率均随着冷气质量流量比的增大而增大.

摘要： 针对双子弹模压机异型模杯成型时出现的黄变、破损等问题,构建UG异型模,采用Fluent进行热流耦合数值模拟,编写UDF程序控制涡旋风入口条件,采用正交试验法进行极差分析,得出最佳异型模模具的参数.通过实测异型模具表面温度,并与数值模拟数据对比.结果表明:双子弹模压机可达到高表面质量的异型模杯成型要求,符合实际生产的模具需求.

摘要： 岩土热流耦合问题十分复杂,而离心机模型试验和有限元数值分析为研究这些问题提供了技术和方法.针对前人的土体热流耦合离心机试验,利用COMSOL多物理场有限元分析软件对饱和砂土中温度引起的自然对流及其相互影响进行分析.总结了传热和渗流下离心机模型与原型的相似法则,说明了自然对流在饱和土体传热中的重要性.分析表明,满足相似比尺的离心机试验和COMSOL数值模型均能正确模拟饱和土体中的热流耦合问题,土体渗透系数对饱和土体的传热有较大影响.

摘要： 建立了蒸汽驱热水驱替部分湿饱和流动热流耦合的物理模型，在其基础上得到包括温度方程、压力方程、饱和度方程、渗流速度方程等在内的数学模型，采用全隐式中心差分方法，得到温度场、压力场等的迭代公式，对某应用示例的数值模拟说明了该过程的热流耦合机制，并指出对油藏实施有效的加热降粘措施，可同时提高原油采收率和采油速率。

摘要： 中浅层地热能的直接利用可以有效取代传统燃烧煤炭供暖,显著减少污染物排放.地热生产井和回灌井间地热水在中浅层地热储层多孔介质的渗流会造成储层中复杂的热传递、流体渗流和岩石形变问题.热流(TH)耦合是一种可以有效地研究储层中复杂多物理场特征的数学模型.本文利用基于有限元方法的开源软件OpenGeoSys进行二次开发,建立了适用于河北省大名县地热储层的温度-流体渗流耦合模型.根据该地热储层现场数据,建立了二维网格模型,计算出了目标区决地热能生产效率随相关生产参数变化的关系和温度在储层中的空间分布.数值结果显示,高地热生产速度有利于提升初始阶段的地热开采效率,但是开采数年后高地热生产速度会导致生产温度的降低,进而造成地热生产功率的降低.本研究量化出了地热生产速度、地热井间距和地热生产时间与地热开采效率的关系,从多物理场耦合数值模拟角度为河北省大名县地热田开发方案优化提供了参考意见.

摘要： 本文建立了带有散热筋和通风槽的三维网络碳化硅骨架增强铝基复合材料(SiC3D/Al)高速列车轴装制动盘的温度场和流场计算模型,用温度场和流场直接耦合法对制动初速380km/h的高速列车在紧急制动工况下的制动盘进行热流模拟分析,研究了风冷条件下制动盘的瞬态温度场变化规律.结果表明:考虑气流散热时,SiC3d/Al复合材料制动盘能迅速将摩擦热传递到整个盘体,摩擦面最高温度为527°C,温度场均匀,温度梯度较小.制动盘的板状散热筋可增加摩擦面的刚度,减少摩擦面翘曲,对制动盘内气流具有导向作用,能减少盘内气体紊流,利于散热.通透的通风槽具有减少动力损耗和排除摩擦产生的碎屑的作用,保证制动盘有较高的摩擦力和稳定的摩擦系数.全尺寸台架实验数据与模拟计算值一致.

摘要： 多孔介质孔隙组成及结构变化多样,一些特性参数很难全部获得,精确描述和分析困难;同时,多孔介质内渗流过程水力条件和作用机理复杂,存在热流固耦合作用,目前的一些分析方法和研究模型具有一定的局限性.本文提出了多孔介质的REV(表征单元体,representative elementary volume)描述表征方法;基于表征单元体建立了多孔介质的黑箱模型、灰箱模型和白箱模型,据此提出了多孔介质的“黑箱→灰箱→白箱”分析过程.基于黑箱模型和灰箱模型推导了REV 导热系数计算公式、给出了REV热质传递过程的热平衡方程.结合我国油藏热采情况,对多孔介质导热系数变化规律和蒸汽驱热质传递特性进行了分析,得到了一些有意义的结果.本文所作工作为多孔介质热质传递过程分析提供了新思路和新方法.

摘要： 多孔介质孔隙组成及结构变化多样,一些特性参数很难全部获得,精确描述和分析困难;同时,多孔介质内渗流过程水力条件和作用机理复杂,存在热流固耦合作用,目前的一些分析方法和研究模型具有一定的局限性.本文提出了多孔介质的REV(表征单元体,representative elementary volume)描述表征方法;基于表征单元体建立了多孔介质的黑箱模型、灰箱模型和白箱模型,据此提出了多孔介质的“黑箱→灰箱→白箱”分析过程.基于黑箱模型和灰箱模型推导了REV导热系数计算公式、给出了REV热质传递过程的热平衡方程.结合我国油藏热采情况,对多孔介质导热系数变化规律和蒸汽驱热质传递特性进行了分析,得到了一些有意义的结果.本文所作工作为多孔介质热质传递过程分析提供了新思路和新方法.

摘要： 应用流体动力学的质量、动量与能量守恒定律研究焊接熔池在湍流状态下的传热过程,由湍动能议程和耗散方程可获得运动粘性系数和液体金属热导率在熔池内的分布.根据所求的热函在熔池内的分布建立了焊接熔池三维瞬态温度场的数学模型,为焊接过程的组织模拟与力学模拟提供了依据.

摘要： 本文针对稠油油藏开发过程中热-流耦合数学建模的薄弱环节,突出了蒸汽相,展开了含蒸汽相的热-流耦合数学模型的推导工作,建立了定量化热-流耦合数学模型,并给出了储层温度场的黑箱模型和白箱模型,使得储层温度场模型得以完整化和系统化.本文的工作为热-流两场耦合向热-流-固三场耦合的过渡做出理论铺垫,为三场耦合数学模型的建立和分析奠定理论基础.

摘要： 本文针对稠油油藏开发过程中热-流耦合数学建模的薄弱环节,突出了蒸汽相,展开了含蒸汽相的热-流耦合数学模型的推导工作,建立了定量化热-流耦合数学模型,并给出了储层温度场的黑箱模型和白箱模型,使得储层温度场模型得以完整化和系统化.本文的工作为热-流两场耦合向热-流-固三场耦合的过渡做出理论铺垫,为三场耦合数学模型的建立和分析奠定理论基础.

摘要： 本文针对稠油油藏开发过程中热-流耦合数学建模的薄弱环节,突出了蒸汽相,展开了含蒸汽相的热-流耦合数学模型的推导工作,建立了定量化热-流耦合数学模型,并给出了储层温度场的黑箱模型和白箱模型,使得储层温度场模型得以完整化和系统化.本文的工作为热-流两场耦合向热-流-固三场耦合的过渡做出理论铺垫,为三场耦合数学模型的建立和分析奠定理论基础.

摘要： 本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，涉及一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统。可以灵活组合降压开采法，注热开采法及不同模式水流侵蚀法三种开采方法，模拟实际开采过程，提供了一种伸缩井热流固耦合天然气水合物开采方法与装置。用于探究不同开采方法即模式结合时的开采特性。为实现水合物高效、持续的商业化开采提供可靠的实验依据和理论分析。

摘要： 本发明公开一种基于热流固耦合的岩石起裂压力计算方法，包括根据测井资料、室内三轴压缩试验和巴西劈裂实验确定目标地层的基本参数；根据力平衡方程、本构方程、传输方程、质量守恒方程、热量守恒方程、边界条件以及最大拉应力破坏准则建立基于热流固耦合的Laplace空间的岩石起裂压力计算模型；根据目标地层的基本参数、基于热流固耦合的Laplace空间的岩石起裂压力计算模型以及Stehfest数值反演方法确定岩石起裂压力。本发明充分考虑了井筒中流体渗流、热扩散与岩石变形之间的耦合关系；能够更准确的计算地层起裂压力，为压裂施工设计提供高精度的参数，满足储层评价和压裂改造指导需要。

摘要： 一种热流强耦合问题的等几何求解及散热拓扑生成方法，通过等几何分析构建物理场模型，实现了分析模型对几何模型的精确描述，有效地提高了热流强耦合物理场数值求解的精度，同时等几何分析网格是由其对应的描述几何模型参数域的节点矢量定义，避免了经典有限元中冗杂网格划分环节，节省了计算成本；本发明可解决热流强耦合问题求解精度不高、计算量大、耗时长等问题，适应于热流结构的优化设计问题。

摘要： 本发明提供一种水平井同井缝间热流体及热流体耦合催化剂开采油页岩的方法，属于石油开采技术领域。所述开采油页岩的方法，所述方法包括：对水平井井筒分段压裂，以形成多条垂直于水平井井筒的压裂裂缝，所述压裂裂缝分为第一组压裂裂缝和第二组压裂裂缝；在油管上对应于所述第一部分裂缝的位置射孔；经由所述油管和套管形成的环形空间，向所述第二组压裂裂缝注入水蒸气；以及在监测到有油气产物产出时，开启设置在所述水平井井口处的采油阀，所述油页岩中经加热得到的油气产物进入所述环形空间，并经所述第一组压裂裂缝对应的所述射孔进入所述油管被采出。通过上述方案，可以更加精细改善油页岩原位改质，提高加热效率，缩短油页岩开采周期。

摘要： 本发明涉及传热、磁流体动力学等技术领域，特别是一种涉及磁热流固多场耦合实验系统及测量方法，包括：导电流体循环系统和测量系统；导电流体循环系统用于在磁场环境下形成导电流体循环，导电流体在循环中进行加热并在循环过程中形成磁热流固耦合现象；测量系统包括温度场测量装置、速度场测量装置和形变场测量装置，温度场测量装置、速度场测量装置和形变场测量装置分别用于测量导电流体腔内导电流体的温度场分布、速度场和柔性件在磁热流固耦合作用下的固体形变场。磁热流固多场耦合实验系统及测量方法可以实现对不同磁场、不同热流密度、不同扰流件下的流场、热场、柔性件变形场的相互作用的研究。

摘要： 本发明公开了一种气固热流化耦合下页岩真三轴力学特性测试装置及方法，该测试装置，包括：真三轴应力加载机构，用于对待测岩样施加三维应力场；加热炉，用于对待测岩样进行加热；页岩气输送机构以及离子溶液渗流机构，用于对待测岩样营造页岩气赋存环境和离子溶液渗流条件，同时模拟待测岩样所处的化学反应环境；控制系统，用于控制所述真三轴应力加载机构、加热炉、页岩气输送机构以及离子溶液渗流机构工作，并实现数据采集。本申请首次实现了对深部页岩真实赋存环境的室内模拟，并且可以对真实条件下深部页岩的真三轴力学特性进行试验研究，为深部高温、高压、离子渗流和化学气体赋存复杂环境下的深部页岩气开采工程提供了最接近工程实际情况的试验依据。

摘要： 一种高热流耦合环境下双探头热流计及其热流密度的测定方法，涉及热流测量技术领域。本发明解决了现有的热流计均无法同时测量对流热、纯辐射热流和总热流值的问题。它包括相邻设置在燃烧室内的两个探头，每个探头均包括第一冷套组件、第二冷套组件、紫铜芯体以及两根热电偶，所述第一冷套组件包括外壳、内套、第一进水管、第一出水管、分区隔板和若干折流板，外壳为桶状结构且外壳的桶底部开设有直通孔，内套包括由上到下依次同轴固接为一体且呈阶梯状分布的第一至第四圆柱段，且内套沿其中心轴向位置开设有阶梯通孔，外壳扣装在第四圆柱段上方，第一圆柱段穿装在直通孔内且第一圆柱段的顶面与外壳的桶底面位于同一水平面。

摘要： 一种热流耦合结构的非迭代式拓扑优化方法，先利用Darcy等效模型求得初始状态下的物理场并优化得到对应的流道布局；然后搭建神经网络结构，利用准备好的数据集进行神经网络的训练并检测训练结果；再针对不同工况，获取此时的初始物理场，再将该物理场输入神经网络中，得到微流道布局并进行适应性处理；本发明利用神经网络对热性能优越的微流道布局进行学习，使得通过该神经网络生成获得的微流道布局同样具有优越的热性能，同时还极大的减少了设计所需时间，可用于热流耦合结构的微流道设计。

摘要： 一种高热流耦合环境下双探头热流计及其热流密度的测定方法，涉及热流测量技术领域。本发明解决了现有的热流计均无法同时测量对流热、纯辐射热流和总热流值的问题。它包括相邻设置在燃烧室内的两个探头，每个探头均包括第一冷套组件、第二冷套组件、紫铜芯体以及两根热电偶，所述第一冷套组件包括外壳、内套、第一进水管、第一出水管、分区隔板和若干折流板，外壳为桶状结构且外壳的桶底部开设有直通孔，内套包括由上到下依次同轴固接为一体且呈阶梯状分布的第一至第四圆柱段，且内套沿其中心轴向位置开设有阶梯通孔，外壳扣装在第四圆柱段上方，第一圆柱段穿装在直通孔内且第一圆柱段的顶面与外壳的桶底面位于同一水平面。

摘要： 一种面向热流耦合场景的粒子型无网格仿真系统，采用光滑粒子流体动力学的拉格朗日方法，将流体用粒子的形式表示，并把场函数中相应偏微分方程离散为与时间有关的常微分方程，通过集成相应热流耦合计算公式，实现热流耦合场景的瞬态模拟；通过模型构建与粒子化模块、系统算法设置模块、流场计算模块和后处理模块实现；本发明便于与GPU并行运算结合，时间消耗少，热流耦合计算能力强，使用的无网格方法具有便于流体域优化改进、易于弥合连续体和碎片之间差距、避免大变形下网格扭曲等特点，适合应用于流道布局复杂、热流耦合计算量大、具有流体域优化需求的工程问题。