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弧形分支管气液两相分离数值仿真及参数优选

弧形分支管气液两相分离数值仿真及参数优选

作者：陈柯杰西南石油大学

学位级别：硕士

随着油气资源需求量的与日俱增,海洋也将成为油气开发的重点。对于目前我国海洋浅层天然气水合物开采,通过海床表层的水下生产系统,将得到的天然气水合物浆体在海底实现水下分离,可以降低举升能耗,减少水合物抑制剂的使用。现有海底多... 详细信息

随着油气资源需求量的与日俱增,海洋也将成为油气开发的重点。对于目前我国海洋浅层天然气水合物开采,通过海床表层的水下生产系统,将得到的天然气水合物浆体在海底实现水下分离,可以降低举升能耗,减少水合物抑制剂的使用。现有海底多相流分离器不仅结构庞大笨重,而且制造、安装和运行成本很高。由于T形管类管式分离结构简单,尺寸小,承压能力高,易于加工成标准件,制造加工和安装使用成本低,运行可靠性高,这类管式分离将是海底多相流分离的一个重要发展方向。因此,本文基于T型管结构提出了一种弧形分支管结构,并重点围绕弧型分支管与T形分支管的分离机理与效果,展开了对比研究。同时深入研究了影响弧型分支管分离效率的影响因素、适用范围与参数优选。具体地,本文主要开展了以下研究工作:(1)通过调研国内外文献,了解了 T形管气液分离的研究现状和进展。(2)气液两相流数值模型开发与验证。根据气液两相流和计算流体力学基础理论,分析了气液两相在管道内流动的力学行为,开发了管内气液两相流模拟的数值模型,并进行实验对比验证。(3)弧形分支管操作参数优选。利用所开发并验证后的数值模型,仿真模拟研究气液两相在弧形分支管内的流动规律。通过正交试验设计方法,确定影响弧形分支管气液两相分离效率的4因素5水平的正交试验方案,通过正交试验优化,得到最佳入口参数组合。同时,分析了流型和分流比对分离效率的影响。(4)弧形分支管结构参数优选。在最佳参数组合下,分析了支管位置角、支管倾角、弧形管曲率半径和管径比对分离效率的影响,优选了各自的结构参数,对该优选结构参数组合结构在塞状流下的分离效率进行了讨论,并对气液两相在弧形分支管内的分离机理作了分析。通过上述研究,掌握了气液两相在弧形管内的流动规律,通过正交试验优化,得到了最佳操作参数匹配,使得弧形分支管的分离效率达到93.59%。发现了影响弧形分支管分离效率的因素重要程度依次是分流比、气相入口速度、液相入口速度以及气体体积分数,发现了最适合于弧形分支管分离的入口流型是塞状流。基于最佳入口操作参数,对弧形分支管的结构参数进行了参数优选。本文的研究成果对气液两相管式分离设计提供了有价值的参考。

关键词：弧形分支管气液两相流数值模拟正交试验设计参数优选

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旋流场中PP单球颗粒力学行为实验测试分析

应用力学学报 2020年第3期37卷 999-1006,I0006页

作者：贾玉丹伍开松况雨春陈柯杰西南石油大学机电工程学院成都610500 西南石油大学油气藏地质与开发国家重点实验室成都610500

研究PP(Polypropylene)球形颗粒在旋流场中的力学行为,需要一个比较理想的、稳定的旋流场,为此采用了特殊尺寸的实验转鼓。根据PP球形颗粒在这种强制旋流场中的实验现象、测试数据和颗粒受力平衡分析可知:PP颗粒在雷诺数为180~230范围... 详细信息

研究PP(Polypropylene)球形颗粒在旋流场中的力学行为,需要一个比较理想的、稳定的旋流场,为此采用了特殊尺寸的实验转鼓。根据PP球形颗粒在这种强制旋流场中的实验现象、测试数据和颗粒受力平衡分析可知:PP颗粒在雷诺数为180~230范围内的强制旋流场中达到稳定运动状态时,几乎静止在中心水平线附近的某一点,只有颗粒的自转运动;且转鼓转速越高,颗粒的质心位置越靠近旋转中心。依据切向受力平衡条件,利用现有的曳力公式对实验数据进行处理,发现颗粒不能达到受力平衡,且最大误差超过22%。为此,利用实验数据拟合方法,得到了旋流场中颗粒曳力系数的新经验公式,其受力平衡误差均小于0.5%。依据径向受力平衡条件,以径向压力梯度力、附加质量力、浮力与重力之差在径向上的分力之和为基准,与低雷诺数下的Saffman升力和Magnus升力的理论计算结果之和相比较,发现二者也不能达到力平衡条件,最大误差超过了55%。本文根据球形颗粒在旋流场中的升力特征,通过直观的力学分析和量纲分析,定义了颗粒旋流场升力概念,导出了相应的升力系数公式;并利用实验数据拟合得到了升力系数与颗粒雷诺数的经验公式;利用经验公式处理实验数据,其力平衡误差不超过7%。

关键词： PP颗粒旋流场曳力系数升力系数

海洋非成岩天然气水合物藏固态流化采空区安全性评价

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天然气工业 2017年第12期37卷 81-86页

作者：伍开松王燕楠赵金洲周守为陈柯杰沈家栋郑利军西南石油大学中国海洋石油总公司中海油研究总院

为了解决固态流化法开采海洋非成岩天然气水合物(以下简称水合物)采空区安全性如何评估的问题,以中国南海神狐海域的水合物藏为例,根据水合物射流破碎流化开采工艺及流程,基于圣维南原理建立了采空区有限元模型并进行了网格精度验证,采... 详细信息

为了解决固态流化法开采海洋非成岩天然气水合物(以下简称水合物)采空区安全性如何评估的问题,以中国南海神狐海域的水合物藏为例,根据水合物射流破碎流化开采工艺及流程,基于圣维南原理建立了采空区有限元模型并进行了网格精度验证,采用研究区水合物藏的物性参数和力学特征参数,模拟分析了垂直和水平采空区的稳定性问题,并探索了海洋非成岩水合物稳定层采空区的安全评价方法。结果表明:(1)基于圣维南原理建立的海底采空区有限元分析模型能够保证计算精度且计算工作量不大;(2)垂直采空区最大偏应力随采空区直径的增加呈现出先快速增加后缓慢增加的趋势,最大应变则随采空区直径的增加而呈线性增加;(3)垂直采空区的安全问题主要受到应力水平的控制,采空区直径不宜超过800 mm;(4)水平采空区最大偏应力和最大应变均随水平采空区直径的增加而呈现出单调增加的趋势。结论认为:垂直采空区的直径可以达到比较大的临界值,其安全性主要属于采空区井壁强度问题;而水平采空区的临界直径值则比较小,其安全性主要属于采空区稳定性问题。

关键词：有限元水合物固态流化开采水平采空区垂直采空区安全评价中国南海神狐海域

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颗粒入口位置与粒径对旋流器分离效率的影响

化学工程 2019年第11期47卷 50-55页

作者：陈柯杰马廷霞董辉伍开松西南石油大学机电工程学院

水力旋流器入口截面上不同位置的颗粒存在着不同的运动轨迹,不同的运动轨迹可以直接反映旋流器的分离性能,因此,弄清楚入口截面上的分离高效区非常重要。采用EDEM-FLUENT耦合数值仿真分析方法,将入口截面离散化为一系列的节点,针对不同... 详细信息

水力旋流器入口截面上不同位置的颗粒存在着不同的运动轨迹,不同的运动轨迹可以直接反映旋流器的分离性能,因此,弄清楚入口截面上的分离高效区非常重要。采用EDEM-FLUENT耦合数值仿真分析方法,将入口截面离散化为一系列的节点,针对不同粒径的球形水合物颗粒,统计研究了入口各节点位置的分离效率、运动轨迹和总分离效率。得到以下结论:水合物颗粒的分离高效区位于入口的上侧和内侧的交汇区域,而下侧和外侧交汇的区域为分离低效区,中间存在一个狭小的分离中效区。分离高效区中水合物颗粒的运动轨迹主要为短路流。随着水合物粒径的减小,分离高效区会向入口上侧和内侧交汇区域收缩,并趋于稳定。提出了颗粒入口位置分离效率的新概念,并可以利用它来确定水力旋流器的总分离效率。

关键词：水力旋流器入口位置分离效率水合物颗粒 EDEM-FLUENT耦合

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锻造操作机液压缓冲装置的性能研究

锻压技术 2023年第9期48卷 142-148,183页

作者：陈柯杰刘艳妍张起樑王志强兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 甘肃烟草工业有限责任公司甘肃兰州730050

介绍了锻造操作机常用的液压缓冲装置的结构特点和缓冲原理。根据流量连续性方程和伯努利方程,结合双向缓冲缸与蓄能器的受力变化,得到了双向缓冲缸在任意时刻所受外部载荷的关系式,将液压缓冲装置简化为刚度-阻尼系统,并通过微分求导... 详细信息

介绍了锻造操作机常用的液压缓冲装置的结构特点和缓冲原理。根据流量连续性方程和伯努利方程,结合双向缓冲缸与蓄能器的受力变化,得到了双向缓冲缸在任意时刻所受外部载荷的关系式,将液压缓冲装置简化为刚度-阻尼系统,并通过微分求导获得了缓冲装置的动态刚度、动态阻尼的数学模型,再通过Matlab对蓄能器初始充气压力和初始充气容积、缓冲缸行程对缓冲装置刚度的影响,以及缓冲缸油腔环形横截面面积、阻尼孔横截面面积对阻尼的影响进行分析。最后,基于遗传算法对缓冲装置中蓄能器的初始充气容积和初始充气压力进行优化,得到一组Pareto非劣解集,并基于理想解排序方法对Pareto非劣解集进行优化处理,得到最佳的缓冲装置中蓄能器的初始充气压力及初始充气容积的匹配方案。

关键词：锻造操作机双向缓冲缸蓄能器动态刚度动态阻尼

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单元统整下的小学数学项目式学习的设计和实施--以“比例”单元的教学为例

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小学教学研究 2025年第2期 77-79,86页

作者：陈柯王哲君浙江省杭州市钱塘外语学校

学科项目式学习主要以学科内的关键概念为载体,指向学科本质。单元统整下的项目式学习设计从教材和学情出发,确定项目内容和驱动问题,并为学生提供各类学习支架,根据不同的项目内容选择合适的成果展评方式,力求让学生从真实情境、真实... 详细信息

学科项目式学习主要以学科内的关键概念为载体,指向学科本质。单元统整下的项目式学习设计从教材和学情出发,确定项目内容和驱动问题,并为学生提供各类学习支架,根据不同的项目内容选择合适的成果展评方式,力求让学生从真实情境、真实问题中激发学习动力,触发高阶思维,实现多领域知识的融合,最终提升综合素养。

关键词：教学课计项目式学习比例数学模型

超临界CO_2-溶质二元系的密度及溶质的偏摩尔体积

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物理化学学报 1996年第9期12卷 816-824页

作者：钟明宏柯杰韩布兴闫海科中国科学院化学研究所北京100080

在308．15和318．15K温度下，80－170bar压力范围内，测定了CO2-乙醇、CO2-丙酮和CO2-正庚烷混合物的密度，溶质的浓度范围是0－1．3mol·L－1．在此基础上，计算了溶质的偏摩尔体积，系统地研究了温度、压力和溶质浓度对二元混合物密... 详细信息

在308．15和318．15K温度下，80－170bar压力范围内，测定了CO2-乙醇、CO2-丙酮和CO2-正庚烷混合物的密度，溶质的浓度范围是0－1．3mol·L－1．在此基础上，计算了溶质的偏摩尔体积，系统地研究了温度、压力和溶质浓度对二元混合物密度的影响，并从压力和溶质浓度对溶质偏摩尔体积影响的角度研究体系中的分子间相互作用．

关键词：密度偏摩尔体积乙醇丙酮二氧化碳溶质

水杨酸在二氧化碳－正丁醇混合超临界流体中的溶解度

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化学通报 1996年第11期 42-44页

作者：柯杰韩布兴闫海科赵扬中国科学院化学研究所

水杨酸在二氧化碳－正丁醇混合超临界流体中的溶解度柯杰，韩布兴，闫海科，赵扬（中国科学院化学研究所，北京１０００８０）超临界流体（ＳＣＦ）是对比温度和对比压力同时大于１的流体。这种流体具有许多特性，如各种性质随温度和压... 详细信息

水杨酸在二氧化碳－正丁醇混合超临界流体中的溶解度柯杰，韩布兴，闫海科，赵扬（中国科学院化学研究所，北京１０００８０）超临界流体（ＳＣＦ）是对比温度和对比压力同时大于１的流体。这种流体具有许多特性，如各种性质随温度和压力的变化十分敏感（特别在临界点附近...

关键词：水杨酸超临界流体二氧化碳正丁醇溶解度

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斐波那契光子筛的聚焦成像特性

光学学报 2015年第9期35卷 280-286页

作者：柯杰张军勇中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

应用斐波那契数列,提出了一种双焦点光子筛,并基于惠更斯-菲涅耳原理,分析了斐波那契光子筛的聚焦特性。数值仿真结果表明,当单色平面波通过斐波那契光子筛时,它能够获得两个焦距比约为黄金分割比的轴向焦点。筛孔直径等于所在轨道宽度... 详细信息

应用斐波那契数列,提出了一种双焦点光子筛,并基于惠更斯-菲涅耳原理,分析了斐波那契光子筛的聚焦特性。数值仿真结果表明,当单色平面波通过斐波那契光子筛时,它能够获得两个焦距比约为黄金分割比的轴向焦点。筛孔直径等于所在轨道宽度的1.165倍时,两个焦点处光强相等。与斐波那契波带片相比,斐波那契光子筛具有更高的横向分辨率。最后引入高斯切趾技术,对斐波那契光子筛筛孔个数进行调制,在两个焦平面上进一步提高横向的分辨率。由于斐波那契光子筛体积小、重量轻、设计灵活,而且具有多焦性,可以用于光学开关、纳米光刻、生物仿生眼、多焦成像和测距,甚至在X射线显微技术和太赫兹成像技术都将有新的应用。

关键词：光学器件光子筛衍射积分斐波那契高斯切趾技术