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深水天然气水合物储层钻井多物理场耦合数值分析

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中国造船 2024年第3期65卷 175-186页

作者：赵珂刘磊廖波王金堂陈龙桥孙金声中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油集团海洋工程有限公司北京100028

在深水天然气水合物储层钻井过程中,钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化,引起水合物分解,造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质,建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型,并进行... 详细信息

在深水天然气水合物储层钻井过程中,钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化,引起水合物分解,造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质,建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型,并进行数值分析。结果表明,当钻井液侵入后,水合物储层的温度和压力呈现不同程度的上升,沿地层方向的温度变化率为0.618 K/m,压力变化率为0.39 MPa/m。水合物饱和度沿地层向下逐渐降低,平均变化率为0.06m^(-1)。水合物分解导致井筒周围力学强度下降,等效塑性应变增加,20h后井筒周围塑性应变达到90%,井筒失稳风险增加。因此,在水合物储层钻井过程中,应降低钻井液温度,或进行井筒-储层传热和传质屏蔽,以实现安全高效钻井。

关键词：天然气水合物钻井液侵入井筒-储层耦合多物理场耦合井壁稳定

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海洋工程项目材料管理信息化建设研究

石油工程建设 2024年第3期50卷 76-82页

作者：张晓春李洪星王依凝于长江丁方伟王腾飞中国石油集团海洋工程(青岛)有限公司山东青岛266555 中国石油集团海洋工程有限公司海洋工程设计院北京100028

工程材料现场信息化建设有助于促进海洋工程企业项目管理创效。以工程项目材料信息化为载体,以现场建造管理为出发点,将工程材料数据按照固定的信息化模板关联反映每项工作包所需图料匹配的程度,形成信息化数据库,并上传至在线编辑软件... 详细信息

工程材料现场信息化建设有助于促进海洋工程企业项目管理创效。以工程项目材料信息化为载体,以现场建造管理为出发点,将工程材料数据按照固定的信息化模板关联反映每项工作包所需图料匹配的程度,形成信息化数据库,并上传至在线编辑软件,实时状态在线更新。以分享链接的方式将材料信息化数据库推送至项目所有相关人员,实现工程项目材料的实时状态信息共享,提高了沟通效率,并结合项目四级计划有效推进项目施工进度,消除或降低工程材料对项目工期的负面影响,实现了企业的管理创效,形成可借鉴的海洋工程材料信息化建设经验。

关键词：信息化建设材料管理海洋工程在线数据库

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面向冰区船舶航线的混合规划算法

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：刘文博鲁阳薛彦卓海洋石油工程股份有限公司设计院哈尔滨工程大学船舶工程学院

针对自然环境恶劣且复杂的北极海域，本文旨在解决冰区船舶的航线规划问题。使用栅格法建立冰区船舶的作业空间；针对传统蚁群算法迭代速度慢、求解质量差等问题，优化了算法的初始信息素分布、启发函数、信息素挥发因子和信息素更新机... 详细信息

针对自然环境恶劣且复杂的北极海域，本文旨在解决冰区船舶的航线规划问题。使用栅格法建立冰区船舶的作业空间；针对传统蚁群算法迭代速度慢、求解质量差等问题，优化了算法的初始信息素分布、启发函数、信息素挥发因子和信息素更新机制，采用改进蚁群算法规划静态环境中的全局航线；基于节点删除算法剔除全局航线中的冗余节点；改进滚动窗口算法的初始航向角、评价函数、目标节点的选取机制和频繁制动问题，以剩余各节点依次作为待规划的子目标求解出最终航线。仿真结果表明：混合算法规划出的航线能有效规避环境中的各种障碍物，可以满足冰区船舶的航行需求。

关键词：冰区船舶极地航运航线规划栅格环境蚁群算法滚动窗口算法混合算法动态避障

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高冰级螺旋桨疲劳强度研究

中国造船 2024年第2期65卷 1-14页

作者：王建强周旻丁举孙慧王金宝上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011 喷水推进技术重点实验室上海200011 上海中船船舶设计技术国家工程研究中心有限公司上海200011

以某PC2冰级螺旋桨为研究对象,将IACS规范中2组交变冰载荷工况的静强度有限元计算数据为输入,分析螺旋桨在应力频率谱和累积疲劳损伤率(MDR)这2种疲劳准则下的疲劳性能,提出了一种合理和可行的冰区螺旋桨疲劳强度计算方法,并分析了螺旋... 详细信息

以某PC2冰级螺旋桨为研究对象,将IACS规范中2组交变冰载荷工况的静强度有限元计算数据为输入,分析螺旋桨在应力频率谱和累积疲劳损伤率(MDR)这2种疲劳准则下的疲劳性能,提出了一种合理和可行的冰区螺旋桨疲劳强度计算方法,并分析了螺旋桨侧斜、纵斜、剖面型式及平均应力修正理论对冰载荷作用下螺旋桨疲劳性能的影响。研究表明:对于非大侧斜桨,正侧斜角和正纵斜角均对疲劳性能有利;导缘和随缘加厚的冰区翼型能显著改善疲劳性能,有利于在保证疲劳强度的情况下实现冰区螺旋桨的轻量化;相对于传统的修正理论,IACS推荐的平均应力修正理论偏于保守。论文提出的冰区螺旋桨疲劳强度计算方法得到了“雪龙2”号实船走航监测数据的验证。

关键词：冰区螺旋桨疲劳 MDR 平均应力修正

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定向石墨烯复合防腐涂层研究进展

精细化工 2024年

作者：黄哲伟姜来旭朱一鸣康思波中国船舶及海洋工程设计研究院海洋涂料国家重点实验室海洋化工研究院有限公司

石墨烯的无序随机排布已成为阻碍石墨烯复合防腐涂层性能进一步提升的重要瓶颈问题，研究者从石墨烯定向排序的角度出发，在拓扑结构优化、定向排布策略和定向排布对涂层防腐性能的影响开展了大量研究工作。该文首先介绍了石墨烯拓扑优... 详细信息

石墨烯的无序随机排布已成为阻碍石墨烯复合防腐涂层性能进一步提升的重要瓶颈问题，研究者从石墨烯定向排序的角度出发，在拓扑结构优化、定向排布策略和定向排布对涂层防腐性能的影响开展了大量研究工作。该文首先介绍了石墨烯拓扑优化的理论研究，梳理了几种石墨烯复合涂层屏蔽性能模型；然后，阐述了基于电场和磁场的外场调控法，以及层层、蒸发诱导和抽滤诱导等自组装法，分析了两类调控策略的优缺点，概述了石墨烯定向排布对防腐涂层低频阻抗和服役寿命的影响规律；最后，提出了发展定向石墨烯复合防腐涂层工业应用的建议：通过有限元等模拟方法进一步优化石墨烯拓扑结构、开发适合工业化应用的大面积定向石墨烯复合涂层涂装技术、通过定向排布技术突破石墨烯的逾渗值瓶颈、妥善解决石墨烯纵向间距与涂层导电性之间的矛盾和制定定向石墨烯复合涂层测试的行业标准。

关键词：无序随机排布定向石墨烯复合涂层拓扑结构优化定向排布策略防腐性能

深海采矿垂直管道级配粗颗粒固液两相流数值模拟研究

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海洋工程 2024年

作者：胡小林王乐徐礼康聂程程赵桂欣万初一中国船舶与海洋工程设计研究院武汉海睿科创科技有限公司上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

粗颗粒固液两相流的垂直管道输运适用于深海采矿工程。实际深海采矿工程中，矿物颗粒并未单一粒径，而是级配形式存在。而垂直管道中级配粗颗粒固液两相流的输运机理尚未被完全探究。采用计算流体动力学（computational fluid dynamics... 详细信息

粗颗粒固液两相流的垂直管道输运适用于深海采矿工程。实际深海采矿工程中，矿物颗粒并未单一粒径，而是级配形式存在。而垂直管道中级配粗颗粒固液两相流的输运机理尚未被完全探究。采用计算流体动力学（computational fluid dynamics，简称CFD）与离散元（discrete element method，简称DEM）耦合的方法，对不同初始速度、不同进料浓度和不同颗粒级配工况下的级配粗颗粒动力学特性以及管内流场变化特性进行了分析。无论何种工况，小中大三种颗粒的轴向速度均从小到大分布，是因为小颗粒更多的与壁面发生碰撞、摩擦而损失动能。三种颗粒的轴向速度随着初始速度（从2 m/s到4 m/s）和进料浓度（从2.5%到7.5%）的增加而增大，而颗粒级配的变化对其影响不大。流场的湍动能和轴向流体速度随着初始速度和进料浓度的增加而增大；而随着颗粒级配的变化（从1︰1︰1到1︰6︰1），湍动能减少，轴向流体速度基本不变。这是因为随着级配的变化，颗粒数量减少，对流场的扰动相应减少；而颗粒总浓度不变，流场输运颗粒所消耗的能量变化不大。壁面剪应力随着初始速度和进料浓度的增加而增大，是因为速度的增加导致流场、颗粒与壁面摩擦的力增大，而浓度增加又导致颗粒与壁面碰撞、摩擦的次数增多。壁面剪应力又随着级配变化而降低，是因为级配变化导致颗粒数量减少，与壁面碰撞次数降低。管道压降随着初始速度和进料浓度的增加而增加，是因为在输运过程中流场与颗粒的动能均相应增大，均需要更大的能量来输运；压降随着级配的变化而降低，是因为颗粒与壁面的摩擦的频率降低，动能损失较小，因此所需的输运能量也较小。本文结论对于了解深海采矿输运机理、提升输运效率具有重要意义。

关键词：深海采矿 CFD-DEM 管道输运级配粗颗粒固液两相流

基于SNNM法的船舶波浪增阻计算及试验验证

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船舶工程 2024年第8期 48-53页

作者：诸国华宋健刘琰中国船舶及海洋工程设计研究院招商局金陵船舶(威海)有限公司

为了验证国际拖曳水池会议（ITTC）引入的全浪向波浪增阻预报新方法（SHOPERA-NTUANTU-MARIC, SNNM）在船舶波浪增阻计算中应用的可行性和有效性，以一艘大型客船为目标船，选择迎浪航行和经济航速工况，简要介绍SNNM方法，并在此基础... 详细信息

为了验证国际拖曳水池会议（ITTC）引入的全浪向波浪增阻预报新方法（SHOPERA-NTUANTU-MARIC, SNNM）在船舶波浪增阻计算中应用的可行性和有效性，以一艘大型客船为目标船，选择迎浪航行和经济航速工况，简要介绍SNNM方法，并在此基础上开展基于SNNM法的目标船波浪增阻计算。同时，针对目标船开展波浪增阻水池模型试验，并将所得结果与采用SNNM方法计算所得结果进行对比，验证SNNM法的计算精度和可靠性满足需求。结果显示：采用2种方法得到的波浪增阻因子传递函数的变化趋势一致，实船波浪增阻统计预报值最大相差不超过7%，说明采用SNNM法进行船舶波浪增阻预报是可行的。

关键词：波浪增阻模型试验波浪增阻预报新方法经验公式

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双燃料集装箱船中货舱典型舱段有限元分析

舰船科学技术 2024年第5期46卷 120-125页

作者：孙明宇刘华山梁国强郑艺吴仁豪吴贝尼中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011 黄海造船有限公司山东威海264309

针对双燃料集装箱船燃油舱布置在水密横舱壁的特点,其存在一系列高应力区域,具有结构硬点的节点设计存在一定难度。基于BV规范要求,对某大型甲醇双燃料集装箱船中货舱船体结构开展舱段有限元计算分析,并进行优化设计;对于较难处理的节点... 详细信息

针对双燃料集装箱船燃油舱布置在水密横舱壁的特点,其存在一系列高应力区域,具有结构硬点的节点设计存在一定难度。基于BV规范要求,对某大型甲醇双燃料集装箱船中货舱船体结构开展舱段有限元计算分析,并进行优化设计;对于较难处理的节点,采用子模型法对重点关注区域进行细网格分析,比较各种优化节点形式对节点受力的改善。

关键词：双燃料集装箱船中货舱有限元分析结构优化设计

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内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究

海洋工程 2024年第3期42卷 119-134页

作者：张吉祥安晨邓海峰张爱霞张贝贝中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451 中国石油集团海洋工程有限公司北京100028

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为... 详细信息

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。

关键词：纤维增强复合柔性管输氢管道内压载荷理论分析