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气举阀动态力学性能分析方法

气举阀动态力学性能分析方法

作者：王言聿西南交通大学

学位级别：硕士

气举阀是气举采油的关键部件。气举采油时,通过气举阀向油管中注入高压天然气,与油管中的液体混合后可降低其密度,从而达到卸载的目的。它由注入压力或生产压力控制开启。在一定的注入压力和生产压力下,阀杆行程取决于阀腔内流体和浮动... 详细信息

气举阀是气举采油的关键部件。气举采油时,通过气举阀向油管中注入高压天然气,与油管中的液体混合后可降低其密度,从而达到卸载的目的。它由注入压力或生产压力控制开启。在一定的注入压力和生产压力下,阀杆行程取决于阀腔内流体和浮动阀杆的相互作用。由于气举阀流量与采油效率和成本紧密相关,因此,获取气举阀的动态力学性能是气举设计工艺中的重要课题。流场与阀杆的耦合作用,体现为流体对阀杆的作用力,以及阀杆对流场构成的运动边界条件。本文基于对FLUENT软件用户自定义函数UDF的开发,实现了气体流动和阀杆运动的耦合模拟,建立了计算任意进出口压力下阀杆行程和流量的方法,并模拟研讨阀的内部构造与出口压力对流量之影响。论文采用FLUENT软件实现了阀腔内流场的模拟,通过非定常模拟的模拟手段,获得流场稳定后的定常解。采用固体域与流体域的分步交替算法,计算阀杆的平衡位置。模拟得到的流场体现了压力分布的均匀性,这与得到的阀杆的平衡位置相适应,证明了数值模拟的阀杆行程比经验公式更真实。论文进行了稳定注入压力与稳定生产压力两种气举阀性能试验的数值模拟,模拟结果证明阀中气体为超声速流动,拉瓦尔现象是导致流量堵塞的原因。研究工作还用定常模式求解流体域,对速度场和压力的分布作出了一组对照和验证。研究结果对工程应用具有参照价值。

关键词：气举阀特性 Fluent UDF 流量堵塞

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复合材料缠绕修复管道的应变分析

机械强度 2020年第1期42卷 55-60页

作者：杨寄诚王言聿航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610092 西南交通大学力学与工程学院成都610031

管道修复对于保障油气管道的安全运行起到十分重要的作用。基于玻璃纤维复合材料缠绕修复管道的内压试验,并考虑复合材料的各向异性建立了修复管道的有限元模型,有限元计算结果与试验结果高度吻合,验证了有限元模型的准确性。分析结果表... 详细信息

管道修复对于保障油气管道的安全运行起到十分重要的作用。基于玻璃纤维复合材料缠绕修复管道的内压试验,并考虑复合材料的各向异性建立了修复管道的有限元模型,有限元计算结果与试验结果高度吻合,验证了有限元模型的准确性。分析结果表明:管道修复后,缺陷中心的环向应变随内压的变化特征呈现出三阶段的非线性趋势。缺陷中心环向应变增长趋势的第二次加剧是管道失效的特征,此时,管壁的膨胀不再是均匀的,缺陷环向两侧弹性保留区的存在将会导致缺陷区域的凹陷。研究结果对管道缠绕层设计提供了参考依据。

关键词：玻璃纤维复合材料油气管道应变分析有限元分析修复

CRH3动车组高速出入声屏障时压力场特性的试验研究

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应用力学学报 2020年第4期37卷 1528-1533,I0010页

作者：王言聿郭旭成志强西南交通大学力学与工程学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 中石油管道分公司管道科技研究中心廊坊065000

在某铁路特大桥声屏障试验段,布置超低压压力传感器阵列,采用自主研发的压力采集系统,测试获得了CRH3动车组以时速300km/h^350km/h往返行驶进出声屏障时的压力时程曲线。采用双线性插值方式,得到了压力传感器阵列布置区域的动态压力场... 详细信息

在某铁路特大桥声屏障试验段,布置超低压压力传感器阵列,采用自主研发的压力采集系统,测试获得了CRH3动车组以时速300km/h^350km/h往返行驶进出声屏障时的压力时程曲线。采用双线性插值方式,得到了压力传感器阵列布置区域的动态压力场。通过测试得到了压力场高低压区的形状、相对于声屏障的位置、高低压区的距离间隔等。分析了头波和尾波最大正、负压力值的差异。基于头波和尾波的压力场,得到压力场的最大正、负压力值与车速的平方近似成线性关系。研究结果可为声屏障的结构设计提供基础载荷数据。

关键词：声屏障 CRH3动车组压力场冲击强度实车试验

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管道体积型缺陷复合材料补强的试验模拟研究

应用力学学报 2020年第5期37卷 1876-1881,I0002,I0003页

作者：王言聿成志强郑策西南交通大学力学与工程学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 中国石油西气东输管道公司广州510665

为分析管道体积型缺陷屈服前后复合材料缠绕层分担载荷的差异,在材质为X60钢、外径为508mm、壁厚为8.7mm的管件上预制深厚比约为70%的体积型缺陷,并进行低压水压试验,分析缺陷及完整管壁在弹性阶段的应力分布特点。采用玻璃纤维复合材... 详细信息

为分析管道体积型缺陷屈服前后复合材料缠绕层分担载荷的差异,在材质为X60钢、外径为508mm、壁厚为8.7mm的管件上预制深厚比约为70%的体积型缺陷,并进行低压水压试验,分析缺陷及完整管壁在弹性阶段的应力分布特点。采用玻璃纤维复合材料补强管道缺陷再次进行试验,分析试验压力上升时,管道缺陷发生塑性变形的水压值及应变响应趋势;采用水压试验结果验证有限元模型的准确性后,应用数值模拟分析管件缺陷屈服前后复合材料作用的差异。研究表明:对含体积型缺陷的管道,缺陷区域在内压作用下形成局部弯矩;复合材料缠绕层可以有效抑制这一弯矩,使弹性阶段局部弯矩的最大降幅超过50%,提高了缺陷发生屈服的压力;缺陷区域屈服之后,复合材料缠绕层分担环向载荷,对缺陷管壁的局部鼓胀具有约束作用,使补强管道沿剩余壁厚的应力分布不均匀度降低,约为未补强管道的一半,提高了管道的承载能力。

关键词：纤维增强复合材料补强机理水压试验有限元方法局部弯矩

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补强管道复合材料的渐进失效分析

安全与环境学报 2020年第3期20卷 878-883页

作者：王言聿李灿成志强西南交通大学力学与工程学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 中国石油西气东输管道公司南京210002

复合材料缠绕补强是一种有效的管道缺陷修复技术,复合材料渐进失效对承载能力的影响有待研究。管道缺陷的局部效应和剩余强度,导致其渐进失效历程与复合材料压力容器(Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV)截然不同。采用复合... 详细信息

复合材料缠绕补强是一种有效的管道缺陷修复技术,复合材料渐进失效对承载能力的影响有待研究。管道缺陷的局部效应和剩余强度,导致其渐进失效历程与复合材料压力容器(Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV)截然不同。采用复合材料补强的缺陷管件进行极限承载试验。通过对比试验极限压力与有限元模拟的渐进失效的破坏压力,验证有限元模型的正确性。有限元模拟结果表明,复合材料缠绕层发生以纤维破坏为特征的破坏模式。复合材料的渐进失效分为稳定缓慢失效和急剧加速失效两个阶段。对比COPV的瞬间大面积失效特征,分析了缓慢失效和急剧加速失效现象产生的原因,提出了实用的补强管道"临界压力"确定方法,为复合材料补强管道的设计提供参考。

关键词：安全工程管道复合材料补强渐进破坏极限承载试验临界压力

一种改进的CRLP最大许用操作压力设计方法

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油气储运 2021年第2期40卷 215-221,227页

作者：王言聿郭旭成志强西南交通大学力学与工程学院·应用力学与结构安全四川省重点实验室四川省成都市610000 国家管网集团北方管道公司管道科技研究中心

与传统管线钢管相比,复合材料增强管线钢管(CompositeReinforcedLinePipe,CRLP)具有承压能力高和质量轻等优势,但对其压力设计的研究尚不充分。CSAZ662-2015《油气管道系统》和GB/T35185—2017《石油天然气工业用复合材料增强管线钢管... 详细信息

与传统管线钢管相比,复合材料增强管线钢管(CompositeReinforcedLinePipe,CRLP)具有承压能力高和质量轻等优势,但对其压力设计的研究尚不充分。CSAZ662-2015《油气管道系统》和GB/T35185—2017《石油天然气工业用复合材料增强管线钢管》中最大许用操作压力的设计思路不同,且设计结果差别较大。针对此问题,基于组合薄壁圆筒模型对承压CRLP进行分析,对最大许用操作压力下材料的名义许用应力和真实许用应力进行了区分,进而导出真实许用应力的显式表达形式,并以此作为设计安全裕度的评价指标。分析表明:现有规范和标准中的设计公式均无法保证管线钢和复合材料的真实许用应力为常量,对应两种设计方法,各组分材料的真实许用应力均随CRLP规格差异而发生变化,并且随着试压/预应力处理的历程而改变。基于上述分析和CRLP极限状态下的承载特征,提出一种改进的压力设计方法。新方法优先保证复合材料的真实许用应力为常量,并可由设计系数直接确定;在最大许用操作压力的计算中,考虑了加载历程的影响,物理意义明确。算例表明,其设计安全裕度较现有方法更为合理,对于CRLP压力设计的改进有参考价值。

关键词：复合材料增强管线钢管最大许用操作压力设计安全裕度真实许用应力

基于Fluent软件的二次开发计算气举阀流量

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石油机械 2012年第3期40卷 72-75页

作者：王言聿成志强柳葆生王跃增西南交通大学力学与工程学院中海石油深圳分公司

气举采油作业中,气举阀流量与采油效率、成本紧密相关,是确定采油工艺的关键因素,因此了解其流量特性十分必要。气举阀可伸缩的阀杆总成与阀腔内气体流场的交互作用,使其流量不仅与进出口压力相关,而且与阀杆行程相关,这样的流量求解问... 详细信息

气举采油作业中,气举阀流量与采油效率、成本紧密相关,是确定采油工艺的关键因素,因此了解其流量特性十分必要。气举阀可伸缩的阀杆总成与阀腔内气体流场的交互作用,使其流量不仅与进出口压力相关,而且与阀杆行程相关,这样的流量求解问题具有流固耦合特性,采用单纯的固体力学方法或流体力学方法均难以求解。通过对Fluent软件开放的用户自定义函数UDF的二次开发,研究出在任意进、出口压力条件下气举阀流量的计算方法。该方法应用于某型号1 in气举阀,得到合理的阀杆行程,重现了气举阀的"流量堵塞"现象,证实了建议方法的有效性。

关键词：气举阀 Fluent UDF 流量特性流量堵塞

复合材料增强管线钢管改进设计方法及相关规范分析

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应用力学学报 2021年第6期38卷 2314-2320页

作者：王言聿成志强张豫陆剑锋谢裕喜西南交通大学力学与工程学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 四川德源石油天然气工程有限公司成都610041

为了提高复合材料增强管线钢管(CRLP)设计的承载安全性,提出了承载系数的概念,不仅能够体现复合材料层和衬管的承载裕量,而且能够反映两者的载荷分担比例。分析了CRLP预应力处理的加载历程,建立起复合材料层承载系数、衬管承载系数和预... 详细信息

为了提高复合材料增强管线钢管(CRLP)设计的承载安全性,提出了承载系数的概念,不仅能够体现复合材料层和衬管的承载裕量,而且能够反映两者的载荷分担比例。分析了CRLP预应力处理的加载历程,建立起复合材料层承载系数、衬管承载系数和预应力处理压力三者的关系。采用图示方法,直观分析了复合材料层承载系数对预应力处理压力取值范围的影响,以及预应力处理压力对衬管承载系数的影响。提出了优先保证复合材料层安全承载的改进方法,使得复合材料层的实际承载系数与设计承载系数一致,不随其厚度变化。

关键词： CRLP 最大许用操作压力承载系数预应力处理应变协调性

ASMEPCC-2-2011复合材料修复设计适用性及试验验证

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油气储运 2018年第4期37卷 449-453页

作者：王言聿成志强周毅曹国飞柳葆生西南交通大学力学与工程学院/应用力学与结构安全四川省重点实验室中国石油西气东输管道公司

为了更加合理地对含缺陷管道进行修复设计,需要对修复设计方法的适用性和准确程度进行分析。在ASME PCC-2-2011《压力设备和管道的检修》中,基于"基底管壁不屈服""基底管壁屈服""缠绕层许用应变"假设,提出了3种修复设计方法。基于力学... 详细信息

为了更加合理地对含缺陷管道进行修复设计,需要对修复设计方法的适用性和准确程度进行分析。在ASME PCC-2-2011《压力设备和管道的检修》中,基于"基底管壁不屈服""基底管壁屈服""缠绕层许用应变"假设,提出了3种修复设计方法。基于力学解析分析,研究了3种修复层厚度计算方法与设计压力的相关性。设计、加工了深厚比约0.7的窄缝型和半椭球型缺陷,分别采用3种设计方法,在不同目标设计压力下计算了复合材料修复层厚度,分析了修复层厚度对于设计压力的敏感性。研究表明:"基底管壁不屈服"的修复方法对设计压力极为敏感,而"缠绕层许用应变"方法偏于保守,"基底管壁屈服"方法最适用于修复设计。

关键词： ASME PCC-2-2011 设计压力纤维增强复合材料修复层厚度设计冗余度