Application of 2D numerical model to unsteady performance evaluation of vertical-axis tidal current turbine

Tidal current energy is renewable and sustainable, which is a promising alternative energy resource for the future electricity supply. The straight-bladed vertical-axis turbine is regarded as a useful tool to capture the tidal current energy especially under low-speed conditions. A 2D unsteady numerical model based on Ansys-Fluent 12.0 is established to conduct the numerical simulation, which is validated by the corresponding experimental data. For the unsteady calculations, the SST model, 2×10~5 and 0.01 s are selected as the proper turbulence model, mesh number, and time step, respectively. Detailed contours of the velocity distributions around the rotor blade foils have been provided for a flow field analysis. The tip speed ratio(TSR) determines the azimuth angle of the appearance of the torque peak, which occurs once for a blade in a single revolution. It is also found that simply increasing the incident flow velocity could not improve the turbine performance accordingly. The peaks of the averaged power and torque coefficients appear at TSRs of 2.1 and 1.8, respectively. Furthermore, several shapes of the duct augmentation are proposed to improve the turbine performance by contracting the flow path gradually from the open mouth of the duct to the rotor. The duct augmentation can significantly enhance the power and torque output. Furthermore, the elliptic shape enables the best performance of the turbine. The numerical results prove the capability of the present 2D model for the unsteady hydrodynamics and an operating performance analysis of the vertical tidal stream turbine.     

新疆额尔宾山花岗岩侵位年龄和成因及其对南天山洋闭合时代的限定

额尔宾山花岗岩岩体位于南天山晚古生代侵入岩带,对该花岗岩进行锆石U-Pb定年获得296.1±1.8Ma的年龄,为早二叠世。岩石主量元素分析结果表明,该花岗岩的Si O2含量为66.96%~67.3%,富碱(Na2O+K2O=7.53%~7.97%),K2O/Na2O1(1.15~1.27),属高钾钙碱性系列岩石;Al2O3为15.56%~15.62%,Al2O3K2O+Na2O+Ca O,属于过铝型。岩石稀土元素配分模式呈现轻稀土元素(LREE)富集((La/Yb)N=27.03~30.62)、重稀土元素(HREE)亏损((LREE/HREE)=18.2~20.1)、具有中等程度的负Eu异常(δEu=0.64~0.68)。微量元素判别结果显示,其具有I-A型花岗岩过渡的特征。结合区域地质背景综合分析,初步认定该岩体可能形成于南天山同碰撞向后碰撞构造体制转换时期,据此可以推测南天山洋盆闭合时限至少应该在早二叠世以前。     

渤海湾海岸带地区~(137)Cs参考剖面——意义、方法及初步结果

海岸带地区近百年来的现代地质过程重建必须以精确的年代学研究为基础,~(137)Cs时标法和~(210)Pb_(exc)测年法是目前广泛应用的方法。由于易受到河流沉积物供给变化、潮位状况、极端天气事件等的影响,海岸带现代过程的定量研究一直是高分辨率研究的瓶颈。区域性参考剖面可以提升现代沉积物测年方法在海岸带应用中的可靠性。因此,建立区域性的~(210)Pb_(exc)和~(137)Cs比活度-深度参考剖面,将改善对海岸带及邻近海区实测数据的解释。以渤海湾海岸带为研究区,选取沉积环境相对稳定、水平搬运作用较小的地区,采用人工探坑、Eijkelkamp槽型取样器获取了2个柱状岩心,通过γ能谱仪对样品进行~(210)Pb、~(226)Ra及~(137)Cs比活度测试,绘制剖面图,结合研究区已有数据,总结出6类海岸带常见的~(210)Pb_(exc)和~(137)Cs比活度-深度剖面类型,并重建了渤海湾海岸带~(137)Cs区域性参考剖面。结果显示,~(137)Cs在渤海湾地区的最大峰值指示1963年,可以作为区域性主要参考时标。但是,最大峰值上部的次峰在不同区域指示不同的时标,S4和S5两个站位该峰值指示的并非1986年时标。     

走滑断裂古地震探槽选址范例

探槽选址直接决定了古地震研究的质量,且理想探槽位置具有稀缺性。在收集82篇国内外走滑断裂古地震研究论文的基础上,分析了长序列古地震探槽选址和同震位移探槽选址的构造地貌共性特征。长序列古地震探槽一般布设在断塞塘、拉分盆地、小型湖盆、闸门脊汇水一侧及比较平缓的冲洪积扇或大型冲洪积扇末端等地貌位置。这些地貌位置的共同特征是位于连续的、较高沉积速率的沉积环境,且通常富集14C测年物质。在探槽选址的过程中,不仅要对现今沉积环境,也要对其古地理环境进行评价。然而以发掘古地震同震位移为目的的探槽选址则不同,成功的研究点往往较频繁发生侵蚀和下切事件,其中冲沟是最常见的地貌标志。探槽布设以垂直和平行探槽为主,采取逐次掘进或相间平行排列的方式开挖。由于理想探槽位置的稀缺性,所以在这些优质的探槽点一定要开展长期详细地深入研究,最大限度获得古地震事件的长序列,同时也要注意新技术和新方法的应用。     

Numerical Analysis of Gravity Coring Using Coupled Eulerian-Lagrangian Method and a New Corer

The shortcomings of gravity corers in sampling marine sediments have been observed extensively in various field tests. In order to optimize the coring, this article provides an alternative numerical way to model the gravity coring and analyze the sampling effect. Based on this analysis, a new hydraulic hammer corer is devised. A coupled Eulerian-Lagrangian method with capability of simulating the problem involving extreme deformation, penetration is used to simulate the coring process. The results show that the hydrostatic pressure and deviator stress increase and reach their peak when the pile tip is slightly above or at the level of the observation point and then drop rapidly when the pile tip slides below the observation point. In addition, the stress path indicates that the soil element sustains plastic compression before yielding and then expands until recovering to the original state. The obvious “under-sampling” phenomenon is also well-captured by the finite element model.     

不同刚度植物杆群对规则波传播及紊动特性影响研究

以不同刚度硅胶圆杆群为概化植物模型,测定其抗弯弹性模量,通过波浪水槽实验,研究规则波在不同刚度植物杆群内的流速分布、紊动特征及不同刚度杆群的消浪效果。实验结果表明,当波浪通过柔性杆群时,受其摆动的影响,流速周期变化从单峰型逐渐转变成双峰型,杆群刚度越小形成的二次波峰越明显;不同刚度杆群内水体紊动强度变化显示,杆群刚度越大,造成杆群内水体的紊动强度越大;随着杆群抗弯弹性模量的增大,其消浪系数也增大,消浪系数的增长与材料的抗弯弹性模量值非线性关系,而是在某一弹性模量范围内,对消浪系数的影响较为敏感。     

榆树林油田扶杨油层沉积岩地球化学特征及地质意义

三肇凹陷榆树林油田扶杨油层中泥岩、粉砂岩和砂岩样品主量元素和微量元素地球化学分析表明,多数主量元素含量中等,与全球平均大陆上地壳(UCC)相比,Fe_2O_3、MgO、CaO、Na_2O含量较低,而TiO_2、Al_2O_3、K_2O、MnO含量均略高;样品中的相容元素(V、Cr、Co、Ni等)含量均低于澳大利亚后太古宙页岩(PAAS)和UCC;稀土元素总量为102×10~(-6)~276×10~(-6),平均为188×10~(-6),与PAAS表现出相似的球粒陨石标准化曲线,显示了相似的物源和构造背景。元素间的相关性分析显示大部分元素与SiO_2负相关而与Al_2O_3正相关,说明大部分元素受到黏土矿物吸附作用的影响,石英与长石矿物对这些元素表现出一定的稀释效应。根据主元素物源判别方程图和Th-Hf-Co图投影及La/Hf、(Gd/Yb)N值,扶杨油层物源主要来自后太古宙长英质火山岩,可能卷入了部分再循环沉积岩。通过一系列的构造背景判别图解分析,表明扶杨油层沉积时以大陆岛弧环境为主。在对油层组进行了纵向古气候分析后,认为FI油层组沉积时处于一个构造活动强、干旱的环境中,所形成的沉积岩储层物性更好,是油气勘探开发的重点层位。     

鄂尔多斯盆地南部地区延长组深水沉积构造特征及地质意义

鄂尔多斯盆地南部地区上三叠统延长组长7段发育有典型的重力流沉积。对野外露头剖面进行大量调查研究,发现研究区重力流沉积发育丰富的沉积构造,底层面构造、软沉积变形构造是主要的两种类型。这种深水沉积构造组合能够很好地揭示研究区广泛发育的一定坡度背景下深水重力流沉积体系。滑移-滑塌沉积、砂质碎屑流沉积、浊流沉积是研究区发育最为广泛的深水重力流沉积类型,滑移-滑塌及软沉积变形构造为触发机制沉积响应,底层面构造为砂质碎屑流沉积及浊流沉积响应。综合分析研究区地层发育的大量凝灰岩夹层、深水泥岩中发育的植物碎屑、深水砂岩中发育的大量浅黄色泥砾等沉积特征,认为地震、火山喷发及季节性洪水为研究区深水重力流沉积最有利的触发因素。     

深水稀井区天然气藏储盖组合定量预测方法研究:以琼东南盆地陵水凹陷为例

南海北部油气勘探表明天然气是本地区主要的资源类型。与石油相比,天然气藏的形成对盖层要求更为严格,因此开展天然气藏储盖组合研究对油气勘探具有重要意义。通过统计和调研的方法,将砂岩储层孔隙度12%定义为琼东南盆地天然气有效储层评价的下限参数,将泥岩排替压力1 MPa定义为天然气有效泥岩盖层评价的下限参数。利用测井资料开展了单井天然气藏储盖组合窗口定量预测,得出陵水凹陷W22-1井发育单个天然气藏储盖组合窗口。在此基础上,针对稀井或无井区,提出了基于地震反演速度剖面的天然气藏储盖组合定量预测方法,以琼东南盆地陵水凹陷主洼过井测线为例,开展了天然气藏储盖组合窗口地震预测,确定出该凹陷主洼发育单个天然气藏储盖组合窗口,大体上包括陵水组-莺歌海组上部多套地层,拓宽了陵水凹陷天然气勘探层系。这种方法对其它深水区和低勘探新区均有借鉴意义。