国家自然科学基金(51174175)
- 作品数：17 被引量：57H指数：5
- 相关作者：董世民王宏博孙亮姚春东王平更多>>
- 相关机构：燕山大学中国石油天然气集团公司中国科学院力学研究所更多>>
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- 相关领域：石油与天然气工程理学农业科学机械工程更多>>
- 变刚度弹簧往复泵锥阀及其动态特性仿真被引量：6
- 2018年
- 设计了变刚度弹簧往复泵自动锥阀,弹簧刚度是阀盘升程的函数。在阿道尔夫泵阀运动微分方程的基础上,考虑流体可压缩性对泵筒内流体连续流条件的影响,建立了变刚度弹簧往复泵自动锥阀阀盘运动规律的微分方程。以弹簧刚度是阀盘升程的线性函数为例,分析了变刚度弹簧往复泵锥阀阀盘的动力特性。仿真结果显示:弹簧刚度随升程的变化规律对阀盘的动力特性具有显著影响;在阀盘最大升程一定的条件下,与定刚度弹簧阀盘的动力特性相比,减函数变刚度弹簧阀盘的落座速度与滞后高度有所下降,有利于提高往复泵的容积效率,提高阀盘与阀座的疲劳寿命。
- 朱葛董世民张卫卫张俊杰张超
- 关键词：往复泵锥形阀变刚度弹簧动态特性数值仿真
- 热、力、磁耦合作用下大挠度矩形薄板的分岔与混沌特性被引量：1
- 2013年
- 针对大挠度三边简支一边自由矩形薄板,研究其在热、力、磁耦合作用下的分岔与混沌运动特性。在板壳与磁弹性力学理论的基础上,导出薄板在耦合场共同作用下的非线性控制方程,利用伽辽金原理得到薄板的非线性热磁弹性耦合振动方程。由次谐轨道Melnikov函数法,求出该动力系统Smale马蹄变换意义下出现混沌运动的阈值条件,并对该系统振动方程进行数值模拟,得到系统随机械载荷、电磁场以及温度场的参数变化的分岔图及相应的位移波形图、相平面轨迹图及庞加莱截面图。由仿真结果可知,在热、力、磁耦合作用下的大挠度矩形薄板系统的振动方程具有明显的非线性,运动特性比较复杂,呈现出非常丰富的混沌与分岔现象。通过变化机械载荷、电磁场和温度场参数,可以控制系统的振动特性。
- 王平陈蜀梅
- 关键词：大挠度分岔混沌
- 四边简支载流矩形薄板在磁场中的随机分岔被引量：1
- 2016年
- 根据板壳力学与磁弹性力学理论,建立了在横向磁场与机械载荷共同作用下的四边简支载流矩形薄板的非线性随机振动模型,利用Galerkin变分法将其化简为非线性微分动力学方程。其次使用拟不可积Hamilton系统的随机平均理论将方程等价为一个一维的It随机微分方程,并通过计算该系统的最大Lyapunov指数来判断该系统的局部稳定性,同时利用奇异边界理论判断其系统的全局稳定性。最后通过稳态概率密度函数的变化研究了系统参数对发生的随机Hopf分岔的影响。并采用数值模拟对理论分析进行了验证。
- 王平魏星王知人
- 关键词：矩形薄板磁弹性
- 铅直圆筒内细长杆柱在屈曲位移激励下的横向振动仿真被引量：2
- 2019年
- 对于铅直圆筒内受交变拉压轴向载荷作用的细长杆柱,当杆柱底端所受到的轴向压力大于杆柱屈曲的临界载荷时,细长杆柱在圆筒内将产生螺旋屈曲,杆柱的屈曲变形将激励杆柱在圆筒内产生横向振动。以细长杆在圆筒内的瞬时屈曲构型作为杆柱横向振动的位移激励,建立了屈曲位移激励下的细长杆在圆筒内横向振动与杆管碰撞规律的仿真模型。采用有限差分法对井深进行离散,Newmark法对时间进行离散,以恢复系数法建立了细长杆和圆筒的碰撞条件,对细长杆在圆筒内的横向振动数学模型进行了数值仿真。仿真结果表明,细长杆和圆筒内壁的碰撞现象主要发生在细长杆底端受压发生屈曲后,且几乎沿整个圆筒都有发生,从圆筒顶部至底部的碰撞力峰值逐渐增大;而在杆柱底端受拉时碰撞现象很少,碰撞力也较小。
- 张雷孙秀荣
- 关键词：细长杆圆筒碰撞
- 组合桨搅拌槽内部流场数值模拟被引量：4
- 2018年
- 针对组合桨组合形式在不同应用场合的匹配问题,采用计算流体力学(CFD)的分析方法,基于Fluent仿真软件,分析双螺带及六斜叶涡轮桨基于不同组合位置的内部流场情况采用多重参考系(MRF)方法建立基础模型,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算,得到搅拌桨在240 r/min的搅拌转速下产生的流场数据.分析搅拌器在特定界面处轴向、周向、径向的速度矢量图以及其综合速度云图,并对位置互换的流场进行分析和比较,选出上双螺带桨下涡轮桨为最佳的桨叶组合形式,某桨叶的组合形式产生的流场混合效果更充分,轴向流动效果明显,显著提升了混合不同介质的搅拌效率,对于提升搅拌器在相关领域的应用和发展等有参考价值.
- 董敏夏晨亮李想
- 关键词：搅拌槽组合桨CFDMRF数值模拟
- 低产抽油机井动态参数仿真模型与提高系统效率的途径被引量：14
- 2018年
- 综合考虑柱塞运动规律、阀球运动规律、阀隙瞬时流量与油井流入特性等因素的影响,建立了流体进泵规律与泵筒内瞬时压力的仿真模型,以此为依据改进了抽油杆柱纵向振动底部边界条件的仿真模型,进而建立了基于抽油杆柱纵向振动与流体进泵规律耦合的抽油机井示功图动态仿真模型;基于流体瞬时进泵规律,建立了抽油泵充满系数、漏失系数的仿真模型,从而改进了排量系数计算模型。对比仿真结果表明,所建立的系统动态参数仿真模型具有通用性,可以提高低沉没度供液不足油井示功图、排量系数与系统动态参数的仿真精度。仿真优化算例表明:(1)大泵径、长冲程与低冲数的抽汲参数设计原则仍然适用于低产抽油机井的节能设计,但最低冲数存在界线,同时最低冲数界限也限制了泵径上限;最低冲数界限随泵间隙的增加而增加;(2)对于严重供液不足油井,通过合理降低冲程与冲数,可以确保在油井产液量下降率低于5%的条件下,使系统效率最高提高近120%;(3)在油井产液量一定、下泵深度相同的条件下,优化冲程、冲数与泵径组合可以显著提高系统效率,仿真算例的系统效率变化范围为9.43%~17.48%;(4)在油井产液量与流压一定条件下,综合优化下泵深度、冲程、冲数与泵径可以显著提高系统效率,优化算例的系统效率由10.56%提高到31.49%。
- 王宏博董世民甘庆明甘庆明朱葛
- 关键词：耦合动力学排量系数
- 载流圆板在磁场中的随机稳定性分析
- 2016年
- 本文根据大挠度板壳力学基础理论和电磁弹性力学理论,建立了载流圆板的非线性磁弹性随机振动力学模型,采用伽辽金变分法将其变换成非线性常微分动力学方程.通过拟不可积哈密顿系统的平均理论将该方程等价为一个一维伊藤随机微分方程.通过计算该方程的最大Lyapunov指数判断该系统的局部随机稳定性,并进一步采用基于随机扩散过程的奇异边界理论判断该系统的全局稳定性.最后通过讨论该系统的稳态概率密度函数图的形状变化讨论了该动力系统的随机Hopf分岔的变化规律,并采用数值模拟对理论分析进行了验证.
- 王平张雄王知人
- 关键词：圆薄板磁弹性稳定性
- 整体抽油杆柱在油管内空间屈曲的多段式仿真模型对比被引量：1
- 2018年
- 针对直井抽油机井杆管偏磨进行分析,将整体抽油杆柱在油管内的空间屈曲模型分为三段式、四段式和五段式,并分别建立了每种模型下每段的数学微分方程,给出连接点处的位移、转角、弯矩、切向剪力的连续性条件。基于数值积分法对每段的方程进行求解,并将数学模型最终转化为非线性代数方程组的数值仿真模型,实现了对整体抽油杆柱屈曲构型的数值仿真。仿真结果表明:当工程实际中杆柱泵端载荷远远超过空间屈曲临界载荷时,五段式建立整体杆柱空间屈曲模型比三段式和四段式更为合理;三段式和四段式屈曲模型在螺旋段接触力、螺旋段长度、悬臂段的位置与五段式都有一定差距;先前的研究中将螺旋段方程进行降阶简化,与本文的完整螺旋段屈曲方程求解相比,模型简化得到的螺旋段分布接触力和螺旋段的长度结果相差较大。不同的分段方式,杆管偏磨的位置、接触压力就不同,本文仿真方法为深入研究杆管偏磨和杆柱寿命预测奠定了理论基础。
- 孙秀荣董世民王宏博李伟成孙亮
- 关键词：机械设计抽油杆柱数值积分
- 直井抽油杆柱在屈曲位移激励下横向振动的仿真研究被引量：5
- 2018年
- 鉴于目前直井杆管偏磨分析仅停留于抽油杆柱在油管内的静力屈曲理论,提出了一种基于抽油杆柱屈曲位移激励的抽油杆柱在油管内横向振动与杆管偏磨的动力学分析方法。考虑轴向分布载荷和泵端动载荷的作用,以下冲程某时刻抽油杆柱在油管内的屈曲构型作为抽油杆柱横向振动的位移激励,建立了直井抽油杆柱在油管内横向振动的仿真模型。采用有限差分法对井深进行离散,Newmark法对时间进行离散,以恢复系数法建立了杆管碰撞条件,碰撞冲量作为碰撞效果的度量,对抽油杆柱在油管内横向振动数学模型进行了数值仿真。仿真结果表明:杆管碰撞现象主要发生在下冲程杆柱发生屈曲后,且几乎沿全井都有发生,从井口至泵端附近的碰撞力峰值逐渐增大;中位点以下碰撞最强烈,碰撞力最大,且呈现高频次碰撞;中位点以上至井口附近,碰撞频次和碰撞力依次减弱;而上冲程碰撞现象很少,碰撞力也较小。所建立的抽油杆柱屈曲位移激励下的横向振动仿真模型适用于杆管偏磨分析,同时为扶正器的优化配置提供新的理论基础。
- 孙秀荣江少波黄有泉姚洪田李淑芳董世民
- 关键词：抽油杆柱碰撞仿真模型
- 组合桨搅拌槽内部流场及混合时间数值模拟被引量：10
- 2019年
- 针对组合形式的搅拌桨在搅拌领域广泛应用的问题,采用计算流体力学分析方式,将双螺带搅拌桨和六斜叶圆盘涡轮搅拌桨在搅拌槽内部流场进行研究,采用多重参考系(MRF)方法建立基础模型,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算,分析搅拌桨在180,240,300 r/min的搅拌转速下产生的流场数据,并在槽内加入示踪剂,研究槽内搅拌过程中混合时间的测定.研究结果表明:搅拌槽内液相在双层浆区出现了典型的回旋涡流型,设定监测点,分析示踪剂在不同监测点的浓度变化曲线,得出混合时间为9.6 s,并对比得出240 r/min转速的搅拌效果和混合时间以及搅拌功率对于工业生产具有绝对优势的结论,通过工业放大的试验形式验证了模型的正确性,为非牛顿流体湍流层搅拌槽的设计和工程应用提供了理论依据.
- 董敏夏晨亮李想
- 关键词：数值模拟示踪剂
