含水合物沉积物声学特性——实验模拟与数值模拟的对比分析

含水合物沉积物声学特性在水合物勘探中非常重要。针对含水合物沉积物声学特性,前人通过实验模拟及岩石物理建模已取得一定的进展,但基于实验条件开展的数值模拟及其结果的对比研究仍鲜有涉及。笔者拟采用实验室物理模拟与实验储层数值模拟相结合的方法,通过物理实验模拟获得水合物储层声学特征。在此基础上,以实验物理模型以及声波采集系统为基本构建对应条件下的近似地质模型和声波观测系统,分别在50 kHz和80 Hz频率条件下获得具有不同水合物饱和度储层的波形记录和波场快照,并获得不同时间点和饱和度条件下的储层速度,对比分析实验模拟与数值模拟获得结果的异同。研究表明在3种模拟条件下获得的不同时刻的含水合物储层声速对应关系良好,数值模拟结果很好地印证了实验室模拟实验的结果,表明在实验室内进行相应物理模型的岩石物理模拟实验具有可行性。将实验模拟与数值模拟结果同野外探测数据对比分析,具有一致的变化趋势,表明物理模拟实验和数值模拟结果对野外勘探数据分析具有重要的指导意义。     

风作用下孤立波在珊瑚礁上传播变形机制数值模拟研究

基于二维不可压缩两相流模型建立了数值风浪水槽,采用SST k-ω雷诺时均湍流模型,研究了风作用下孤立波在珊瑚礁上的传播变形规律。将计算结果与实验数据对比,证明了该两相流模型计算孤立波在珊瑚礁上传播的准确性,并进一步分析了不同风速对珊瑚礁上孤立波传播变形的影响。结果表明：风的作用会使波面发生随机脉动特征。当地波高随风速的增大而增大;当地波高关于风速的变化梯度随入射波高的增大而增大。风的作用会加快孤立波的传播并且使孤立波提前发生破碎;孤立波开始破碎的位置随风速的增大向远离礁坪的方向移动。反射系数随风速的增大而增大;反射系数关于风速的变化梯度随入射波高的增大而减小;透射系数随风速的增大呈增大趋势。平底区波峰剖面同一水深处的水平流速随风速的增大而增大;且一定的风速不改变水平流速沿水深的变化梯度。有风时波面上方的矢量密度和大小均明显高于无风时且与风速呈正相关,并且波峰上方气流不再循环。随着风速的增大,水气交界面附近的正涡量和负湍流剪应力减小,负涡量和正湍流剪应力增大。水体动能、势能和总能达到高值的时间随风速的增大而减少;水体动能、势能和总能随风速的增大而增大,并且风速对水体动能的相对影响大于势能。     

粗颗粒水下管道输送系统振动的实验研究

浸没于水中的粗颗粒管道输送系统,由于受到泵、内部两相流及外部流体三者的耦合激励,管道系统振动将对管道输送参数和安全稳定性产生严重影响。为了深入分析水下管道输送系统工作时振动的特性,设计了一套振动测试,对管道系统振动进行了测试,获取管道在不同工况下的时域波形,通过快速傅里叶变换对振动信号进行频谱分析。试验结果表明:随着输送体积浓度增加,X与Y方向的最大振动幅度随着体积浓度增大而增大,但是Z方向的最大振动幅度则是随着体积浓度增加而降低;同一输送浓度情况下,Y方向振动幅度最大,X方向次之,Z方向最小;随着输送浓度提高,流体紊流引起的管道振动加剧。这些结论将为深海采矿管道支撑结构设计和减振提供参考。     

Fluent两相模型高含沙模拟需要注意的几个问题

本文应用Fluent软件通用两相模型,结合水利工程与水力机械中泥沙运动的特殊性及一些最新研究成果,提出了实现高含沙流动数值模拟需要特别关注的几个问题。在两相流控制方程方面,本文讨论了其适用范围,并指出了高含沙运动需要模拟的应力相关项,比较了泥沙应力项和通用模型固体应力项的一些差别。在紊流模型方面,本文介绍了高含沙浓度对水流紊动的抑制,以及一些偏向适用于泥沙运动的紊动理论。在边界条件方面,本文指出了高含沙与一般含沙流动边界的区别,重点介绍了传统壁函数受高含沙影响而存在的问题及可能改进的方向。Fluent软件通用两相模型可在水利工程及水力机械领域的高含沙等问题研究中得到更好的应用。     

两相流模型在南海内孤立波与沙波相互作用中的应用

为研究内孤立波与沙波的相互作用,本文对基于OpenFOAM的SedWaveFoam求解器进行改进,建立了内孤立波-泥沙运动欧拉两相流模型。在利用试验资料对模型进行验证的基础上,在南海北部典型代表性条件下,模拟分析了500 m水深位置沙波床面上内孤立波作用下的水动力变化和泥沙运动。结果表明,内孤立波逐渐离开沙波时,海底沙波背流面处出现与内孤立波背景流速反向的流速,在内孤立波导致的流场作用下,沙波床面上的泥沙悬起并运动到床面以上的水体中。振幅100 m的内孤立波可以导致床面以上14 m高的位置处出现约0.07 kg/m³的悬沙浓度。     

实验水槽常规流速模拟的缩尺方法

提出了一种实验室水槽中流速模拟的方法,该方法可根据需要提供合适的模型缩尺比,用来完成相关海洋工程的模型水动力性能实验,可以近似地模拟出实际设备在水中的工作状态,为在实验水槽中模拟水流动力参数提供有效的参考,方便水槽中的科学实验的开展。     

波浪对海底管线作用的物理模型实验及数值模拟研究

利用物理模型实验，测量了海底管线在波浪作用下的水平力和升力，并应用Ｍｏｒｉｓｏｎ方程及流函数理论，按最小二乘原理得出ＣＤ和ＣＭ以及ＣＬ，讨论了它们与ＫＣ，Ｒｅ之间隙比ｅ／Ｄ的关系。本文带应用边界拟合坐标及二维流场的大涡模拟法，模拟了与实验相同工况下海底管线的受力及流场情况，并把物理模型实验和数值模拟的结果进行了比较。     

利用旋转平台模拟Rossby波现象的实验研究

采用旋转浅水系统对地形Rossby波进行实验室模拟,Rossby波实验的目的是模拟地球上中纬度大气、海洋中产生Rossby波的机理。由于地球流体实验的特殊性,它与普通流体力学实验不同,必须要具备模拟地球自转形成的科氏效应的实验设备,同时,还必须采用特殊的测量手段和实验方法。地球上Rossby波的存在,是因为行星效应或β效应为其提供了回复力,由于地形效应与β效应在动力学上具有等价性,所以能够在实验室中通过斜坡地形的应用来模拟真实地球的β效应,进而对Rossby波的现象进行模拟。实验模拟出了地形激发Rossby波的基本现象,并在此基础上对已有的相关理论进行验证,并且给出了β值与Rossby波的关系。     

海底混输管线严重段塞流动的预测与控制

随着海洋油气田开发向深水海域发展,海底混输管线距离过长,且存在立管系统,容易形成严重段塞流动的现象日益严重.在严重段塞流工况下,管线的流动参数,如压降、段塞长度、段塞频率、持液率都随时间变化,并且表现为周期性变换的压力波动以及间歇出现的液塞.严重段塞流的不稳定性给油气田集输系统的设计及运行管理造成了巨大的困难.本文介绍了海底混输管线中严重段塞流动预测与控制的实验与理论研究进展,同时,对于节流、气举、分离等8类15种控制严重段塞的方法分别进行了评述,旨在为进一步开展海底油气混输管线严重段塞流动的研究提供借鉴,为工程实践提供参考.     

Experimental Study and Simulation Principles of An Oil-Gas Multiphase Transportation System

—Presented is an experimental study on the performance of an oil-gas multiphase transporta-tion system,especially on the multiphase flow patterns,multiphase pumping and multiphase metering ofthe system.A dynamic simulation analysis is conducted to deduce simulation parameters of the systemand similarity criteria under simplified conditions are obtained.The reliability and feasibility of two-phaseflow experiment with oil and natural gas simulated by water and air are discussed by using the similaritycriteria.     

天然气水合物相平衡研究的实验技术与方法

介绍了水溶液中天然气水合物相平衡研究的各种实验技术及测定方法 ;对于沉积物中水合物相平衡条件的研究 ,着重探讨了电阻法、超声法及 TDR法等探测技术。实验装置的发展完善和探测技术的提高 ,将极大地推动沉积物中天然气水合物的相平衡条件的研究。     

海洋环境动力学物理模拟的尺度分析及相似条件

物理模拟较大海域的环境动力场是物理模型试验的一个发展方向,也是近海环境治理的有效研究手段。对具有较大尺度海域的模拟需要考虑地转缺失的影响。从潮流基本控制方程出发,通过对方程的无因次化,给出评价柯氏力作用大小的方法,并就中国典型的海湾进行尺度分析,量化物理模拟时因地转缺失引起的偏差程度,讨论在这些海域是否可以付诸物理模型试验。同时,还导出了潮流泥沙试验和潮流污染物扩散试验的相似比尺关系。     

各种间隙比下海底管线绕流二维数值模拟与实验研究

通过数值模拟方法与物理模型实验,对不同间隙比情况下的海底管线绕流特性进行研究。数值模拟采用有限差分法对标准k-ε湍流方程和控制方程进行离散,利用GMRES算法求解离散方程,模拟绕流流场。物理模型实验中采用超声测速仪ADV系统测取不同断面的流速分布情况,分别分析不同间隙比情况下的漩涡运动特性。同时分析各垂直断面不同间隙比时尾流流速变化情况,数值模拟结果与实验结果吻合较好,本文成果为进一步研究海底管线的防护措施打下基础。     

Experimental Study on Allowable Berthing and Mooring Conditions of An Oil Tanker

1 .ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｈｅｎａｔａｎｋｅｒｉｓｂｅｒｔｈｅｄｏｒｍｏｏｒｅｄｔｏａｎｏｃｅａｎｐｌａｔｆｏｒｍ ,ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｕａｌｌｙｉｎｏｐｅｎｓｅａｓ,ｔｈｅｔａｎｋｅｒｗｉｌｌｓｕｆｆｅｒｆｏｒｃｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｗａｖｅｓ ,ｗｉｎｄａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ.Ｉｎｍｏｓｔｏｆｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓ ,ｔｈｅｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｏｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｔｈｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔ.Ｉｎｓ…     

天然气水合物赋存地层的地震波场模拟及对比

通过分析天然气水合物在海洋中的6种主要赋存状态类型,总结了每种赋存状态之间的相互转化关系及其物性参数计算方法,并应用到地震波场的正演模拟中.对比研究了声波模型、弹性波模型和双相介质模型对各种水合物赋存地层的响应特征,结果表明:1)当地层中存在孔隙充填型水合物且下伏地层不含游离气时,双相介质模拟的含水合物层底界表现负极性...     

Parametric Analysis and Experimental Study on Local Flexibility of TY-Type Tubular Joints

Loal flexibility of tubular joints has important effect on the static and dynamic behaviour of offshore platforms, therefore, the determination of it becomes an important research subject in the field of offshore engineering. In this paper, the local flexibility of TY-type tubular joints, which are widely used in offshore platforms, is calculated by using semi- analytical method. Based on the calculated results, parametric formulae for evaluating element in the local joint flexibility matrix of TY- type tubular joints are derived by regression. A test on PVC models of TY-type tubular joints to measure the local joint flexibility is also reported. A comparison of the results calculated from the parametric formulae presented in this paper with those measured from the model test shows that the parametric formulae are reliable. It is recommended that these formulae be used in the global structural analysis of offshore platforms.     

Numerical and Experimental Studies on the Effect of Axial Spacing on Hydrodynamic Performance of the Hybrid CRP Pod Propulsion System

The hydrodynamic performance of a hybrid CRP pod propulsion system was studied by RANS method with SST turbulence model and sliding mesh. The effect of axial spacing on the hydrodynamic performance of the hybrid CRP pod propulsion system was investigated numerically and experimentally. It shows that RANS with the sliding mesh method and SST turbulence model predicts accurately the hydrodynamic performance of the hybrid CRP pod propulsion system. The axial spacing has little influence on the hydrodynamic performance of the forward propeller, but great influence on that of the pod unit. Thrust coefficient of the pod unit declines with the increase of the axial spacing, but the trend becomes weaker, and the decreasing amplitude at the lower advance coefficient is larger than that at the higher advance coefficient. The thrust coefficient and open water efficiency of the hybrid CRP pod propulsion system decrease with the increase of the axial spacing, while the torque coefficient keeps almost constant. On this basis, the design principle of axial spacing of the hybrid CRP pod propulsion system was proposed.     

A Study of Eddy Viscosity Coefficient in Numerical Tidal Simulation

Based on the fluid motion equations, the physical meaning of eddy viscosity coefficient and the rationality of the Boussinesq hypothesis are discussed in this paper. The effect of the coefficient on numerical stability is analyzed briefly. A semi-enclosed rectangular sea area, with an orthogonal spur dike, is applied in a 2-D numerical model to study the effect of horizontal eddy viscosity coefficient (AH). The computed result shows that AH has little influence on the tidal level and averaged flow velocity, but has obvious influence on the intensity and the range of return flow around near the spur dike. Correspondingly, a wind-driven current pool and an annular current are applied in a 3-D numerical model respectively to study the effect of vertical eddy viscosity coefficient (Av). The computed result shows that the absolute value of Av is inversely proportional to that of horizontal velocity, and the vertical gradient value of Av determines the vertical distribution of horizontal velocity. The distrib