范文一:非牛顿流体渗流条件下油层压力的计算方法
非牛顿流体渗流条件下油层压力的计算方法
1 ,2 3 3 3褚英鑫, 宋考平, 杨二龙, 张继成
( 11 北京大学 地质系 ,北京 100891 ; 21 大庆油田有限责任公司 第一采油厂 ,黑龙江 大庆 163000 ; 31 大庆石油学
)院 石油工程学院 ,黑龙江 大庆 163318
摘 要 :在研究牛顿流松 I 法的基础上 ,推导出了非牛顿渗流松 I 法的计算公式 ;给出了非牛顿流体稳定流条件下的
压力分布公式及平均压力的计算方法. 并采用泰勒级数和特殊函数相结合的方法对幂律指数趋近 1 时的情况进行了简
化 ,从而在计算机上实现了当采出井中聚合物溶液浓度很低时的油层压力计算.
关 键 词 : 稳定流 ; 非牛顿流体 ; 松 I 法 ; 油层压力 ; 试井
中图分类号 : TE357 . 7 文献标识码 :A 文章编号 :1000 - 1891 (2002) 04 - 0039 - 04
“松 ?法”是由王德民院士提出并多年来在大庆油田普遍采用的试井解释油层压力的计算方法 ,其基
本假设之一是流体为牛顿型. 为了研究并计算聚合物驱条件下油层的平均压力 ,在“松 I 法”的基础上. 建
立了非牛顿幂律型流体在渗流条件下地层压力的计算公式.
稳定流条件下的压力分布1
在稳定流条件下 ,根据达西定律
π2Kh d p ( ) Q= , 1 r μ d r α
式中 : p 为地层压力 , r 为油层中任意点到油井的距离 ,μ为有效粘度 , Q为任一断面 r 处的流量 ;考虑到 α r [ 1 ] 粘度模型:
1 - n r 3 1 - n 3 ()μ= μ 2 μ, r= α D r w
2 2 r- r e ()3 Q , Q= r 2 re
式中 : r为供给半径 , Q 为流量 , n 为幂律指数 ;则得 e
2 2 3 r- r e μQ ()4 d p = . 1 - n 2 - n 2πKhrrrd r w e
() 对式 4两边积分 :
p 3 r μQ 22 - n ( ) d p= - , r rrd r e 1 - n 2 πr?2Khrr?w e w p wf 23μ rQ 1 - n 1 - n 3 - n 3 - n 1 e () r5 p = p+ - rr - r , w- wf 1 - n 2w π1 - n 3 - n 2Khrrw e
3 - n 2 () 由于 rμ r,则 rΠr项可以忽略 ,式 5可简化为 e w 3 e 23 μ rQ 1 e 1 - n 1 - n 3 - n ()6 p = p+ r - r. - wr wf 1 - n 2 π2Khrrn 1 - n 3 - w e
收稿日期 :2001 - 05 - 03 ;审稿人 : 吴文祥
() 基金项目 :黑龙江省自然科学基金项目A00 - 19
() 作者简介 :褚英鑫1974 - ,男 ,硕士生 ,工程师 ,主要从事油气田采油工程方面的研究.
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大 庆 石 油 学 院 学 报 第 26 卷 2002 年
() 式 6即为非牛顿稳定径向流渗流油层压力的分布公式.
由于
re πp2rd r pd F r? w ?()7 ==, p 2 2 F rπr - we
() () 故将式 6代入式 7,可得
3 - n3r e r1 - n 1 - n 1 1 μ1 Q r - r w- 2πr p = + pd r . 2 wf2 21 - n 1 - n 3 - n r r2πKhrπ - ?r re w e w w
() 对式 7求积分 ,并考虑到 rμ r,则得 e w
1 - n3 μ Qr 2 2 1 1 e 1 - n 1 - n ()8 , p = + p r - r - wf1 - nw () ()π3 - n5 - n1 - n 3 - 2 n2Khrw
() 令式 8中 n ?1 ,则得牛顿流条件下的平均地层压力为
3 r eμ3 Q ()9 pln - . p = + wfπ 2Kh r4 w
地层压力的计算方法2
[ 2 ] 根据非牛顿渗流均质无限大油层压力解可知,当达到径向流直线段时 ,压力为
v 32 v Kt ) (μn3 - 1 1 qB ( ) ()pt= 10 + - 1 , p 3 2wf wfπ φμ3 - n 2KhΓ() v 1 - vC r t w
K ) () (η() 式中 : v = 1 - nΠ3 - n. 令= , Q = qB ,则式 10化为 3 μφ Ct
v 32 v μ η Qt ) (n3 - 1 ( ) ()pt = 211 - 1 . p+ wf wf π )3 - nΓ(2Khvv r1 - w
() 对于牛顿流 ,式 11中 n ?1 , v ?0 时 ,则
η 4t μμη Q Q 2 . 25t ln - 0. 577 2 ( ) ()2 pt= 12 + = + ln . pp wf wfwf2π π4Kh4Kh r rw w
() () 整理式 8和式 11,可得
1 - nv 2 v 3 η t r) ( n3 - 4 2 μ 1 1 - n 1 1 Q e 1 - n 2( )- - 1 p = pt . + - r-rwf 1 - ne w π () ()Γ()4Khn 2 r3 - n5 - n1 - n 1 - v 1 - n 3 - rw w
()13 v v v 3 2 v 3 2 v η 1 ()()K μμ3 - n 3 - n Q Q 令i = = , 2 23() πΓ()() π)Γ(1 - n2Kh 1 - v 1 - n2Kh μ v φ1 - r C r wt w 1 2 v3 ()1 - v () πΓ() (φ) i 1 - n2h1 - vCr μ t w 则= , 2 v K () 3 - nQ
() 整理并代入式 13,则得
1 - n r e 2 v1 - n 2 iΓ(1 - v) (1 - n) rrr w ew2v 1 1 1 ( ) - i ?t . p = pt+ wf - - + 2 vv )() (() ηn 1 - n 3 - n r 2 3 - n5 - 3 - n 1 - n w
()14
() 在式 14中令 t = 1 000 min ,则得非牛顿流条件下的“松 ?法”表达式为
4 4 v () ()()i 6 ×10 + A , 15 - p = p6 ×10 wf
式中 :
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第 4 期 褚英鑫等 :非牛顿流体渗流条件下油层压力的计算方法
1 - n r e 2 v1 - n 2 iΓ(1 - v) (1 - n) r rr w ew21 1 1 A = . - - + 2 vv )() (() ηn 1 - n 3 - n r 2 3 - n5 - 3 - n 1 - n w
对于大庆油田“, 松 ?法”中的参数值取为
- 3 2 3 φ γ = 0. 26 , C= 3. 79 ×10 kgΠcm , B = 1. 12 , = 0 . 885 tΠm . t
若测试点设在油层中部 ,则
4 4 v () ) ( γ()i 6 ×10 + A + h- h?Π10 , - p = p6 ×10 z x wf
式中 : h为油层中深 ; h为测试点深 ; r的计算表达式为 z x e
F ()16 .r= e π
幂律指数接近 1 时的油层压力 3
实际应用时 ,由于 n ?1 时 , v ?1 ,在计算机上处理 0Π0 极限情况会产生较大的误差 ,以至不能得到牛
[ 3 ] 顿流情况下的结果 ,所以对求解油层压力需进一步简化处理.
对于注水井 ,在稳定流条件下 :
1 - n3 r eμQ 1 ()17 p+ - 1 , p= e wf π 2Kh 1 - nr w
() 与式 11联立得
1 - n v 3 2 v 5 lt r () eμ3 - n 1 Q 1 ( ) ()p= pt= 218 . - e wf Γ() π1 - v3 - n 2Kh v rr w w
() 为便于计算机计算 ,下面分 2 种情况对式 18进行处理.
3 - n 2 r ) η(e3 - nt() vln , vln 1max < 1="" .="" 2="" r="" rw="">
22 ( ) () η令 L t = 3 - ntΠr,由泰勒级数可得 e
3 μ 1 1 Q 2 ( ) ( ) ( )(( ) )pt? pln L t- 0. 577 2 + v 0. 577 2ln L t - 0. 655 9 - , + ln L t+ wf wf π 2 3 - n 2Kh
()19
( )d pt wf () ()= 2 . 3 vmlg t + c 20 , dlg t
3 μ2. 3 Q 其中 v 用压力双对数图中 式中 : m = ;求关于 lg t 的导数和 lg t 直线关系的斜率即可求出 m . () π3 - n2Kh
径向流直线斜率或典型曲线拟合求得.
同理 :
3 - n 2 rr ee( ) ) () (p? pt + m lg + 1. 15 1 - n3 - nlg - e wf rr w w
0 . 577 2 0. 655 9 2 ( ) ()+ v-( ) (( ) ) m lgL t- 21 - . 0. 577 2lg L t+ 1 . 15 lg L t 2. 3 2 . 3
4 () () 计算 p6 ×10 可用导数曲线上代表径向流 令式 21中的 t = 1 000 min ,则可求出相应的油层压力. wf 的点查相应压力曲线求得.
3 - n 2 () ηr 3 - nte() vln , vln 2max ?1 . 2 r rw w
v ( ) 在直角坐标系内求得 pt- t 径向流直线段的斜率 M ,则得 wf
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大 庆 石 油 学 院 学 报 第 26 卷 2002 年
4 4 v v ()()()( )p6 ×10 M [ 6 ×10 + 22 = pt - t] , 1 wf wf 1
式中 : t为径向流直线段上的一点. 1
1 - n r e m 4 4 v () ()()M 6 ×10 , 23 - p= p6 ×10 + e wf 2. 3 v rw
v ηm 2 v 2 ) nM = () ( . 1 - 0 . 577 2 v - 0 . 655 9 v3 - 2 v2. 3 v r w
可以证明 ,对于大庆油田 ,当压力的单位为 MPa , n ?1 , t = 1 000 min 时 ,油层压力表达式为
( ) () ()p= pt + 32. 1 mcΠ7. 17Π0. 980 665 . 24 e wf
对于油井 ,同样分 2 种情况讨论 ,对于第一种情况 ,其表达式为
2 2 r rr ee)e( 7 - n 3 - n 2. 3 3 - n ()p? p+ m lg 25 - + 2 v lg - lg , e wf () r2. 3 r n 2 5 - n 5 - r www
() 与式 19联立可消去 p,得到 p计算式. wf e
() 对于第二种情况 ,使用式 23计算.
结论4
() 1以牛顿流松 ?法为基础 ,提出了非牛顿渗流松 ?法 ;
() 2给出了非牛顿流体稳定流条件下的压力分布公式及平均压力的计算方法 ;() 3用泰勒级数和特殊函数相结合的处理方法对幂率指数趋近 1 的油层压力公式做了简化 ,可在计算 机上实现对采出井中聚合物溶液浓度很低时的压力计算.
参考文献 :
1 Ikoku C U , Ramey H J J . Wellbore storage and skin effects during the transient flow of non newtonian power law fluids in porous media J . SPEJ , ——
() 1980 ,20 1:25,38 .
Vongvuthipornchai S , Raghavan R. Well test analysis of data dominated by storage and skin : non2newtonian power2law fluidsJ . SPEFE , 1987 :618 , 2
628 .
宋考平. 密井网水驱、聚合物驱试井解释方法及应用D . 大庆 :大庆石油学院 ,1998 . 3
下期论文摘要预报
松辽盆地北部西部断陷营城组沉积特征
王连君 , 辛仁臣 , 张明学 , 李慧勇
分析了大量的地震 、录井 、测井资料 ,结果表明 ,松辽盆地北部西部断陷带营城组发育的
沉积体系有扇三角洲 、湖泊 、湖底扇体系和火山岩. 在平面上 ,靠近沉积区边界发育裙带状
扇三角洲沉积体系 ,其中夹有大量的火山岩. 沉积区中央部位为大片的湖泊体系沉积 ,以深
湖 - 半深湖沉积为主 ,在深湖 - 半深湖沉积区发育有湖底扇. 这一沉积特征展示了松辽盆
地北部西部断陷带营城组生 、储 、盖层均十分发育 ,具有良好的油气勘探前景. ?42 ?
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Abstracts Journal of Daqing Petroleum Institute Vol . 26 No . 4 Dec . 2002 ( 1 . Petroleum Engineering College , Daqing Petroleum Institute , Daqing , Heilongjiang 163318 , China ; 2. Oil
)Recovery Plant No . 2 , Daqing Oilf ield Corp. Ltd . , Daqing , Heilongjiang 163414 , China
Abstract : This paper demonstrates a study on the comprehensive treatment performed for N5 - 2 - w41 well group and
gives an accurate and complete evaluation of it . The research shows that profile modification , fracturing and water plugging comprehensively applied in this field test significantly improve the structure of water injection for N5 - 2 - w41 well group , excavate the potential of poor zones , reduce water cut , increase oil production and achieve a good re2 sult in the aspect of enhancing oil recovery and lessen water production. Up to the water cut of 98 % , a cumulative oil 4 incremental of 1 . 6635 ×10t can be obtained ,i . e . , the final oil recovery can be enhanced by 0 . 43 %. Key words : profile modification ; fracturing ; water plugging ; comprehensive treatment ; the effect
() Development of and a pplication demulsif ier f or crude oilΠ2002 ,26 4:34,38 1 2CAO Xiao2chun, WANG Zhong2xin
( 1 . Petroleum Engineering College , Daqing Petroleum Institute , Daqing , Heilongjiang 151400 , China ; 2. Oil
)Recovery Plant No . 1 , Daqing Oilf ield Corp. Ltd . , Daqing , Heilongjiang 163000 , China
Abstract : The molecular structures , functions and the demulsifing process are summarized. The preparation status and application of demusifiers are discussed. The results show that microemulsion can eliminate oil2water interfacial tension completely to some extent .
Key words : demulsifier for crude oil ; emulsion ; microemulsion ; demulsification mechanism
() Formation pressure computing method under non2ne wtonian fluids flo wΠ2002 ,26 4:39,42 1 ,2 3 3 3CHU Ying2xin, SONG Kao2ping, YANG Er2long, ZHANG J i2cheng
( 1 . Dept of Geophysics of Beijing Univ , Beijing 100891 , China ; 2. Oil Recovery Plant No . 1 , Daqing Oilf ield
. L td . , Daqing , Heilongjiang 163000 , China ; 3. Petroleum Engineering College , Daqing Petroleum institute , Corp
)Daqing , Heilongjiang 163318 , China
Abstract : Based on the ”Song I”method under Newtonian fluids flow , the ”Song I”method under non2newtonian flu2 ids flow has been established. The pressure distribution formula for non2newtonian fluid under steady flow has been proposed and tile computing method of average pressure has been given. In order to compute by the computer , we gave the reduced express of the conditions that power2law index is close to 1 .
Key words : steady flow ; non2newtonian fluid ; ”Song I”method ; formation pressure ; well test
) ( Study of SiOsupporting on metallocene ?———Copolymerization of ethylene and styrene via SiOΠMAOΠEt 2 2 ( ) () IndZrClΠ2002 ,26 4:43,452 2
L IU Li2xin , ZHAO Xiao2fei , ZHEN Huo2liang , YAN Wei2dong
( )Chemistry and Chemical Engineering College , Daqing Pertoleum Institute , Daqing , Heilongjiang 163318 , China
( ) Abstract : Ethylene and styrene were copolymerized by using SiOΠMAOΠEt IndZrClactivited with Aluminonane 2 2 2
() MAO. When the time of copolymerization was 30 minutes , the temperature of copolymerization was 40 ?, the radio - 6 of Aluminium to Zirconlum was 300 , the concentration of supported metallocene was 2 . 17 ×10 molΠL , the atactic ES copolymers were produced. The effect of comonomer in the copolymerization was not observed. With the comonomer ratio increased , the catalytic activity , the copolymer properties , such as molecular weight and melting point of the co2 polymer were decreased.
Key words : SiOsupporting metallocenes ; ethylene ; styrene ; copolymerization ; catalytic performance 2
() Effect of acidity on Ni - P and Ni - Mo - P chemical platingΠ2002 ,26 4:46,48 1 1 1 2FANG Yong2kui, QIU An2e, ZHANG Yi, QIU Wan2zhong
( 1 . Petrochemical Engineering College , Daqing Petroleum Institute , Daqing , Heilongjiang 163318 , China ; 2.
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范文二:水闸渗流计算方法的探讨
中国科技期刊数据库 工业C
水闸渗流计算方法的探讨
杨会玲
河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250
摘要:水闸渗流是水在压力坡降作用下穿过土中连续空隙发生流动的现象。本文通过水闸渗流的影响及计算方法来曲面探讨。 关键词:全截面直线分布法;流网法;渗流;闸基 中图分类号:TV66 文献标识码:A 文章编号:1671-5810(2015)41-0171-01
1 引言
上游的水压力是水工建筑物要承受的主要荷载之一,而且地基和混凝土也不是完全不透水的材料,在水头的长期作用下,水即将会通过地基和坝体向下游流去,因此,在地基内和闸坝体内有一个渗流场的存在。渗流分析给合理的选择渗流控制方法和对闸坝工程的安全可靠性的评价提供一定的根据,水闸闸基渗流为剖面的平面渗流运动,既有水平的分速度,同时也有垂直的分速度,可以近似的看做为二维流。
闸基渗流经常用到的计算方法包括有限元法、流网法、直线比例法(渗径系数法)、电网络法[1,2]和改进阻力系数法。改进阻力系数法[3,4]为分段法,把地基渗流沿着地下轮廓线划分成水平的和垂直的几个段,进行单独的解决。把各分段的阻力系数计算出来,再进一步把渗透流速、渗透压力、渗透坡降及渗流量求出。这是一种近似的流体力学的解法,有较高的计算精度,对计算复杂的地下轮廓的渗流量也同样有很大的现实意义,在国内外已经得到广泛的运用,水闸设计规范计算闸基渗流就是运用了这种方法。把求解的渗流区域划分为有限个互相联系的子区域的方法就是有限单元法,它用子区域内连续的分区近似水头函数来代替待定的水头函数。随着计算机的发展,其应用于数值计算的有限元法也得到了快速的发展,可以很好的把条件复杂的渗流问题模拟出来。现在,有很多有限元软件都可以用来计算渗流,包括GEO -SLOPE 、MARC 、SEEPAGE 、ANSYS 、ADINA 、FLAC 、ABQUS 等。
2 渗透与渗透影响 2.1 渗透
渗透是水在压力坡降作用下穿过土中连续空隙发生流动的现象。
水利工程中渗流计算的研究对象为岩土,土是具有连续空隙的介质,水在重力作用下可以穿过土的空隙发生运动。土的渗透性主要研究在重力势能作用下,土空隙中的水的流动过程及其规律性。
2.2 渗透的影响
(1)渗漏损失。无论什么土体,只要满足渗透条件,就必然会发生渗透现象,引起渗漏水量的损失,对蓄水建筑物和输水建筑物来讲,水的渗漏现象必然影响经济效益。
(2)渗透稳定。包括两个方面的稳定问题。一方面水在土体内渗透,可以引起土体内部应力状态的改变,从而引起土体内部原有的稳定条 件发生变化,可能造成渗透破坏。另一方面,水的渗透会对接触的建筑物产生渗透压力,改变建筑物的稳定条件,影响建筑物的稳定。
(3)其他影响:由于土体的渗透性和渗透性强弱影响,对土体的固结、强度发展及工程施工都有很重要的影响。
前两个影响的内容,是我们在工程设计中需要计算的,当然在具体工程中,会根据实际需要选择性的进行计算。其他影响是我们在工程设计中需要注意和考虑的,因为它可能影响我们的设计方案。
3 渗流计算的主要方法 依据《水闸设计规范》,岩基上水闸基底压力计算可采用全截面直线分布法。土基上水闸基底渗透压力计算可采用改进组里系数法或流网法:复杂土质地基上的重要水闸,应采用数值计算法。在工程规划和可行性研究阶段,初步拟定的闸基防渗长度时,可采用直线比例法。
3.1 全截面直线分布法
适用于地基条件为岩基时,计算方法较简单。当闸基设置帷幕、排水孔是,关键是确定渗透压力强度系数。
3.2 流网法
流网图由流线与等势线两组正交曲线组成,可直接手绘得到,也可以通过实验或图解来完成,较为简单,又有足够的精度。但在我们目前的实际工程设计中,不方便,所以没应用。
3.3 直线比例法
此方法是假定渗流沿地下轮廓流动时,水头损失沿程按直线变化求地下轮廓各点的渗透压力。直线比例法有勃莱法和莱茵法两种。
4 闸基渗流的主要危害
沿闸基的渗流对建筑物产生向上的压力,减轻建筑物有效重量,降低闸身抗滑稳定性,沿两岸的渗流对翼墙产生水平推力;由于渗透力的作用,渗透力可能造成土的渗透变形;严重的渗漏将造成大量的水量损失;渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。
5 防渗设计的主要任务: 5.1 防渗地下轮廓布置 5.1.1布置原则
先阻后排,防渗与导渗相结合。 5.1.2防渗排水设施
水平防渗→铺盖:粘土、粘壤土铺盖,砼、钢筋砼、沥青砼铺盖。水平铺设土工膜。
垂直防渗→钢筋砼板桩,砼防渗墙,灌注式水泥砂浆帷幕,土工膜垂直防渗结构。
高压喷射灌浆:定喷板墙。 导渗→排水反滤。
5.2 不同情况下防渗布置 5.2.1粘性土地基
降低渗透压力,增加闸身有效重量。
闸室上游宜设置水平钢筋砼或粘土铺盖,或土工膜防渗铺盖,闸室下游护坦底部应设滤层,下游排水可延伸到闸底板下。
5.2.2砂性土地基
防止渗透变形→通过延长渗径来降低渗透流速和坡降,对降低渗透压力的要求较低。
砂层很厚→闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的形式,闸室下游渗流出口处应设置滤层,排水布置在护坦之下。
砂层较浅→闸室底板上游端设置截水槽或防渗墙(嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m ),闸室下游渗流出口处应设置滤层,排水布置在护坦之下。
5.2.3粉细砂地基(或粉土、轻砂壤土、轻粉质砂壤土) 闸室上游宜采用铺盖和垂直防渗体相结合的布置形式。 在地震区的粉细砂地基上,有震动液化问题,宜采用封闭式布置(闸室底板下布置的垂直防渗体宜构成四周封闭的形式),垂直防渗体的长度应超过粉砂地基液化深度。
5.2.4特殊地基
弱透水地基下有透水层,地基为不同性质冲积层,KH>>KV。闸室下游设置铅直排水,并防止淤堵。
5.2.5双向水头作用
合理地进行双向布置形式,并以水位差较大的一向为主。
参考文献
[1]杜延龄,许国安.渗流分析的有限元和电网络法[M].北京:水利电力出版社,1991.
[2]水闸设计[M].北京:水利电力出版社,1986.
[3]毛昶熙,周保中.闸坝地基渗流计算的改进阻力系数法[J].水利学报,1980(5).
2015年41期 171
范文三:水闸渗流计算方法的探讨
水闸渗流计算方法的探讨
摘要:运用ANSYS软件有限单元法和改进阻力系数法对水闸闸基渗流进行计算,通过对比,证明了ANSYS软件在计算渗流场的可行性,它完善的求解器和前、后处理能力以及可视化的模型建立给设计提供了一个计算渗流场数值的有效方法。
关键词:有限单元法;改进阻力系数法;ANSYS;渗流;闸基
引言:上游的水压力是水工建筑物要承受的主要荷载之一,而且地基和混凝土也不是完全不透水的材料,在水头的长期作用下,水即将会通过地基和坝体向下游流去,因此,在地基内和闸坝体内有一个渗流场的存在。渗流分析给合理的选择渗流控制方法和对闸坝工程的安全可靠性的评价提供一定的根据,水闸闸基渗流为剖面的平面渗流运动,既有水平的分速度,同时也有垂直的分速度,可以近似的看做为二维流。闸基渗流经常用到的计算方法包括有限元法、流网法、直线比例法(渗径系数法)、电网络法[1,2]和改进阻力系数法。改进阻力系数法[3,4]为分段法,把地基渗流沿着地下轮廓线划分成水平的和垂直的几个段,进行单独的解决。把各分段的阻力系数计算出来,再进一步把渗透流速、渗透压力、渗透坡降及渗流量求出。这是一种近似的流体力学的解法,有较高的计算精度,对计算复杂的地下轮廓的渗流量也同样有很大的的现实意义,在国内外已经得到广泛的运用,水闸设计规范计算闸基渗流就是运用了这种方法。把求解的渗流区域划分为有限个互相联系的子区域的方法就是有限单元法,它用子区域内连续的分区近似水头函数来代替待定的水头函数。随着计算机的发展,其应用于数值计算的有限元法也得到了快速的发展,可以很好的把条件复杂的渗流问题模拟出来。现在,有很多有限元软件都可以用来计算渗流,包括GEO-SLOPE、MARC、SEEPAGE、ANSYS、ADINA、FLAC、ABQUS等。本文主要研究运用ANSYS软件有限单元法和改进阻力系数法对水闸闸基渗流进行计算,通过对比,证明了ANSYS软件在计算渗流场的可行性,它完善的求解器和前、后处理能力以及可视化的模型建立给设计提供了一个计算渗流场数值的有效方法。
1、理论依据
1.1改进阻力系数的方法来计算闸基渗流
改进阻力系数的方法是把拥有复杂的地下轮廓的渗流区域划分成许多容易的段,对各个分段通过应用已知的流体力学来精确解,从而求出各个分段的阻力系数,最后,再把各段的阻力系数累加起来求得答案。
各个分段的水头损失为:
进、出口段为:;
内部垂直段为:;
范文四:矿井通风阻力计算方法
矿井通风阻力
第一节 通风阻力产生的原因
当空气沿井巷运动时,由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力,它是造成风流能量损失的原因。 井巷通风阻力可分为两类:摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。
一、风流流态(以管道流为例)
同一流体在同一管道中流动时,不同的流速,会形成不同的流动状态。当流速较低时,流体质点互不混杂,沿着与管轴平行的方向作层状运动,称为层流(或滞流)。当流速较大时,流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化,成为互相混杂的紊乱流动,称为紊流(或湍流)。(降低风速的原因)
(二)、巷道风速分布
由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响,井巷断面上风速分布是不均匀的。 在同一巷道断面上存在层流区和紊区,在贴近壁面处仍存在层流运动薄层,即层流区。在层流区以外,为紊流区。从巷壁向巷道轴心方向,风速逐渐增大,呈抛物线分布。
巷壁愈光滑,断面上风速分布愈均匀。
第二节 摩擦阻力与局部阻力的计算
一、摩擦阻力
风流在井巷中作沿程流动时,由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。
由流体力学可知,无论层流还是紊流,以风流压能损失(能量损失)来反映的摩擦阻力可用下式来计算:
Hf =λ×L/d×ρν2/2 pa
λ——摩擦阻力系数。
L——风道长度,m
d——圆形风管直径,非圆形管用当量直径;
ρ——空气密度,kg/m3
ν2——断面平均风速,m/s;
1、层流摩擦阻力:层流摩擦阻力与巷道中的平均流速的一次方成正比。因井下多为紊流,故不详细叙述。
2、紊流摩擦阻力:对于紊流运动,井巷的摩擦阻力计算式为:
Hf =α×LU/S3×Q2 =Rf×Q2 pa
Rf=α×LU/S3
α——摩擦阻力系数,单位kgf·s2/m4或N·s2/m4,kgf·s2/m4=9.8N·s2/m4 L、U——巷道长度、周长,单位m;
S——巷道断面积,m2
Q——风量,单位m/s
Rf——摩擦风阻,对于已给定的井巷,L,U,S都为已知数,故可把上式
中的α,L,U,S 归结为一个参数Rf,其单位为:kg/m7 或 N·s2/m8
3、井巷摩擦阻力计算方法
新建矿井:查表得α → hf → Rf
生产矿井:已测定的hf → Rf → α, 再由α → hf → Rf
二、局部阻力
由于井巷断面,方向变化以及分岔或汇合等原因,使均匀流动在局部地区受到影响而破坏,从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等,造成风流的能量损失,这种阻力称为局部阻力。 由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性,对局部阻力的计算一般采用经验公式。
1、几种常见的局部阻力产生的类型:
(1)、突变
紊流通过突变部分时,由于惯性作用,出现主流与边壁脱离的现象,在主流与边壁之间形成涡漩区,从而增加能量损失。
(2)、渐变
主要是由于沿流动方向出现减速增压现象,在边壁附近产生涡漩。因为压
差的作用方向与流动方向相反,使边壁附近,流速本来就小,趋于0, 在这些地方主流与边壁面脱离,出现与主流相反的流动,面涡漩。
(3)、转弯处
流体质点在转弯处受到离心力作用,在外侧出现减速增压,出现涡漩。
(4)、分岔与会合
上述的综合:
局部阻力的产生主要是与涡漩区有关,涡漩区愈大,能量损失愈多,局部阻力愈大。
二、局部阻力的计算
不同类型的局部阻力计算公式基本一致,但系数取值不一样,在实际设计计算中,局部阻力取巷道摩擦总阻力的20%。
第三节 矿井通风阻力的计算步骤
一、阻力计算路线确定
1、根据矿井通风流程和风量大小,确定阻力最大和最小的路线。通风路线中,不得有人为增阻调风的通风设施。
2、依照确定的阻力计算的路线,对各节点进行编号。
二、数据收集
1、计算各用风地点需风量及矿井总需风量,然后确定计算路线中各巷道通过风量。
2、根据矿井实际情况,对计算路线中各巷道断面积、长度、周长、摩擦阻力系数进行取值。
三、计算矿井通风阻力
1、计算摩擦阻力
Hf =α×LU/S3×Q2 =Rf×Q2 pa
Rf=α×LU/S3
α——摩擦阻力系数,单位kgf·s2/m4或N·s2/m4,kgf·s2/m4=9.8N·s2/ m4
L、U——巷道长度、周长,单位m;
S——巷道断面积,m2
Q——风量,单位m/s
Rf——摩擦风阻,对于已给定的井巷,L,U,S都为已知数,故可把上式
中的α,L,U,S 归结为一个参数Rf,其单位为:kg/m7 或 N·s2/m8
2、计算局部阻力
HL =0.2 Hf
3、计算矿井总阻力
Ht = Hf + HL + HRat + HN
HRat——扇风机附属装置(风峒、扩散器等)的阻力,一般取20mm
HN——矿井自然风压,我们公司矿井一般取10mm
4、计算矿井等积孔
A = 0.38Q/Ht0。5
Q——矿井总排风量,单位立方米/秒
Ht ——矿井总阻力,单位毫米水柱
第四节 降低矿井通风阻力措施
降低矿井通风阻力,对保证矿井安全生产和提高经济效益都具有重要意义。
一、降低井巷摩擦阻力措施
1、减小摩擦阻力系数α。
2、保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时,井巷断面扩大33%,Rf值可减少50%。
3、选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下,圆形断面的周长最小,拱形断面次之,矩形,梯形断面的周长较大。
4、减少巷道长度。
5、避免巷道内风量过于集中。
二、降低局部阻力措施
局部阻力与ξ值成正比,与断面的平方成反比。因此,为降低局部阻力,应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小,断面大小悬殊的井巷,其连接处断面应逐渐变化。尽可能避免井巷直角转弯或大于90°的转弯,主要巷道内不得随意停放车辆,堆积木料等。要加强矿井总回风道的维护和管理,对冒顶,片帮和积水处要及时处理。
范文五:桩基负摩阻力计算方法研究
桩基负摩阻力的计算方法研究
摘要:桩基的负摩阻力是桩基计算问题中常见且尚未完善解决的问题。文章阐述了负摩阻力产生的机理,对桩基的不利影响,及其发展进行分析,提出了负摩阻力的计算方法,以及减小负摩阻力的措施。
关键词:桩基负摩阻力计算预防措施
中图分类号:tu473.1 文献标识码:a 文章编号:
桩基础作为现代桥梁工程中常用的一种深基础形式,制作灵活方便,施工速度快,是土木工程中经常采用的基础形式,其承载力由桩侧土的摩擦阻力和桩端阻力共同承担。其中,桩侧土的摩阻力依据其对桩身的作用力方向,又可分为正摩阻力和负摩阻力(也称下拽力)。在正常情况下,桩顶受竖向荷载下沉,桩侧土体对桩产生与桩位移相反的摩阻力,即正摩阻力;而当桩侧土体由于外在原因而沉降量大于桩的沉降量时,桩侧土体产生与桩位移方向相同的摩阻力,为负摩阻力,负摩阻力转化为外荷载加在桩上,使桩承载力降低,沉降量增大,可能造成桥墩不均匀沉降、桩身失稳、桩端低级破坏等桥梁病害。因此正确计算负摩阻力,在桩基设计中非常重要。
1负摩阻力的计算
《公路桥涵地基与基础设计规范》( jtg d63- 2007)中5.3.2 条规定: 在软土层较厚、持力层较好的地基中, 桩基计算应考虑地下
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