2013, 36(9):1-7. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.001 CSTR:
摘要:利用三轴渗透装置开展了不同环境温度和不同有效应力条件下长期荷载作用前后含瓦斯煤的渗透率演化试验研究,并在此基础上分析了长期荷载作用前后煤样渗透率对有效应力以及环境温度的敏感性。研究结果表明:环境温度一定时,长期荷载作用前后含瓦斯煤渗透率都将随有效应力增加而降低,且其有效应力敏感性也降低,而当有效应力一定时,含瓦斯煤渗透率及其环境温度敏感性都将随着环境温度的增加而降低;长期荷载作用前后渗透率差在不同环境温度和不同有效应力条件下的变化也存在差异,体现出较强的热力流耦合效应;长期荷载作用前后,环境温度敏感性系数差将随有效应力的增加,先是增加然后减小,在有效应力为4.3 MPa左右变为负值,有效应力敏感性系数差将随环境温度的增加减小,在26 ℃左右以后变为负值。
2013, 36(9):8-13. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.002 CSTR:
摘要:针对井下煤层水力压裂裂缝扩展无序导致抽采效率低的问题,提出水力压裂裂缝导向方法,即采用高压水射流割定向缝导向裂缝起裂及扩展。在压裂孔周边合理布置导向钻孔,压裂孔及导向钻孔均采用水射流割缝技术在煤孔中形成定向缝隙。在地应力作用下缝隙尖端形成剪切破坏区,在内水压的作用下裂缝在缝隙尖端起裂;通过计算射流割缝缝隙水平延长方向最大主应力方向得出,裂缝在尖端起裂后沿水平方向延伸;在此基础上研发了裂缝导向技术工艺,即钻孔布置工艺、封孔工艺及压裂工艺,并成功应用于典型低透气性煤层;试验结果表明:该方法能够导向裂缝的延伸,压裂半径为25 m以上;抽采数据表明瓦斯抽放平均浓度为68%,单孔平均抽放纯量为0.037 m 3/min;采用裂缝导向技术后相比普通孔瓦斯抽放纯量提高了11.26倍,抽放浓度提高了2.12倍。
2013, 36(9):14-20. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.003 CSTR:
摘要:岩盐地下储备库是能源储备重要方式。三轴应力作用下岩盐溶解特性的研究,为岩盐地下储库水溶造腔的形状控制、安全建设等提供理论基础。运用三轴岩盐溶解试验机进行了岩盐试样在三轴应力作用下溶解特性试验,研究发现在应力作用下岩盐溶解特性发生显著变化。计算分析了岩盐试样通水孔壁处应力与试样外部载荷轴压和围压的关系,运用等效应力描述通水孔壁处应力分布情况。采用多组围压条件下三轴应力和溶解耦合试验,分析了不同围压条件下岩盐溶解速率与等效应力之间的关系。研究结果表明,岩盐溶解速率随着等效应力的增大先缓慢减小,随之降到最低点,然后又随着等效应力的增加而迅速增大。三轴应力对岩盐溶解速率的影响主要是由于岩盐试样在三轴应力加载过程中造成试样内部裂纹发育及溶蚀面积的变化,在弹性阶段时溶蚀面积减小(裂纹闭合),溶解速率降低,而在塑形阶段时溶蚀面积增大(裂纹发育),溶解速率升高。
2013, 36(9):21-27. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.004 CSTR:
摘要:隧道运行中汽车尾气、扬尘、油污不易降解,越积越多,导致隧道严重污染,影响行车安全,定期进行隧道清洗是隧道安全运行的重要保证。研究了一种利用干冰清洗隧道的方法,基于二氧化碳物化性质和干冰清洗特点建立了隧道干冰清洗理论模型,对干冰清洗时混凝土表面孔隙、表面温度、混凝土单轴抗压强度及清洗效果进行试验,分析了干冰清洗对混凝土表面损伤和抗压强度的影响。试验结果表明:干冰清洗能彻底清除混凝土表面污秽物;清洗过程中的温度变化、干冰微爆对混凝土表面及强度影响较小。干冰清洗技术可用于隧道清洗。
2013, 36(9):28-34. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.005 CSTR:
摘要:一维柱塞岩心和二维填砂模型很难模拟油藏储层的井网渗流,因此提出天然砂岩露头大模型制作方法以及定义两个参数用以评价特低渗透砂岩平板大模型井网适应性。利用天然砂岩露头制作平板大模型,模拟了不同井网在较均质储层中的生产状况。提出了有效压力波及系数和产能指数的概念。实验测定了各井网模型在不同注采压差下的平面压力梯度场,并在此基础上结合平行小岩样的非线性渗流曲线将模型渗流区域划分为不可流动区域、非线性渗流区域和拟线性渗流区域。研究表明,在较均质特低渗透储层渗流中,正方形反九点井网的适应性优于菱形反九点井网,优于矩形井网,随着注采压差的提高各井网模型的产能指数逐渐升高,不可流动区域逐渐减少,拟线性渗流区域逐渐增大,正方形反九点井网的非线性渗流区域呈下降趋势,菱形反九点井网和矩形井网的非线性渗流区域出现波动,表现为先上升后下降的趋势。
2013, 36(9):35-42. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.006 CSTR:
摘要:地下矿山开采时,受采矿方法和开采工艺的影响,产生大量采空区,它是影响井下矿山安全生产的主要因素。群空区稳定性的影响因素主要包括4个方面,即:采空区的结构形态参数、群空区的空间分布特征、群空区的应力环境和特征值、采空区的地质环境和矿岩体的物理力学参数,形成了群空区稳定性影响因素的多源信息数据库。为了识别矿山井下空区的稳定性,以CMS空区探测、数值模拟和岩体力学属性为多源信息来源,应用层次分析进行因素权值分析,建立了基于D S证据理论多源信息融合的群空区稳定性分析模型。针对某矿山的工程现状,实现了采空区的4级稳定性分级。研究结果表明:群空区稳定性与结构参数、地质参数和应力环境参数有关,是一典型的多源信息融合系统,运用D S证据理论实现了采空区的多源信息融合的稳定性分级,分级结果有利于矿山的安全处置和控制。
吴克柳 , 李相方 , 雷征东 , 阮敏 , 许寒冰 , 樊兆琪
2013, 36(9):43-51. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.007 CSTR:
摘要:注水开发是油藏主要的开发方式之一,注水开发过程中生产井过早水淹,将降低油藏采收率,影响开发效果,因此建立分层注水开发油藏水淹动态跟踪模型尤为重要。基于传质传热基本原理,根据井温曲线确定注水剖面,应用Poisson过程分析法与概率论方法,计算注水开发油藏任一时刻各小层中含水饱和度、见水时间和含水率。模型考虑了储层的微观孔隙分布,当储层逐步水淹后,计算含水率趋于实测含水率,计算误差小于5%。实例应用表明:注水强度大,存在裂缝等高渗透通道的小层,含水饱和度变化快,见水时间早,且含水率上升快,反之。研究成果为注水开发油藏采取抑制或延缓生产井水窜措施提供了时间保证。
2013, 36(9):52-57. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.008 CSTR:
摘要:目前各国学者主要针对注入比对射孔完井水平井筒变质量流压降的影响规律进行研究,而关于射孔相位、射孔直径、射孔密度对水平井筒变质量流壁面摩擦压降、混合压降、总压降影响规律的研究并不系统。因此笔者开展了射孔完井水平井变质量流压降规律实验研究。实验设计了三种射孔相位(45度螺旋射孔、90度螺旋射孔、180度螺旋射孔)、三种射孔直径(10、20、30 mm)和三种射孔密度(8、16、24孔/m)、主流雷诺数为1 000~20 000、壁面注入比(单位井筒长度壁面入流量与主流流量的比值)为0.01%~10%。通过实验,研究了射孔相位、射孔直径、射孔密度对壁面摩擦压降、混合压降、总压降的影响规律,同时分析了壁面注入比对混合压降和加速度压降的影响规律。研究结果表明:随着射孔密度和射孔直径增大,壁面摩擦压降和总压降增大,混合压降减小;随着射孔相位增大,混合压降、壁面摩擦压降和总压降均增大;随着壁面注入比的增加,混合压降和加速度压降均增加。同时发现壁面注入比存在一个临界值,当壁面注入比小于此临界值时,混合压降为负值,加速度压降基本为零,总压降小于壁面摩擦压降;当壁面注入比大于此临界值时,混合压降开始为正值,加速度压降随着壁面注入比的增加而显著增加。
2013, 36(9):58-63. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.009 CSTR:
摘要:国内外矿场实践证明,目前油田井间示踪监测解释中存在解释模型部分明显偏离了合理的范畴,存在考虑因素过于单一、片面的问题,不能很好适应多孔介质复杂渗流的定量化描述,为此设计完成了示踪剂微观可视化实验和天然长岩心驱替实验,定性、定量的分析多孔介质示踪剂渗流特征,并提出了示踪剂渗流具有的油藏特征色谱效应。示踪剂微观可视化实验显示:油藏特征色谱效应的基础是存在的,即小分子示踪剂可以进入束缚水、不连通孔隙及低渗团块。天然长岩心驱替实验显示:小尺寸非均质强的天然长岩心,水的突进和绕流明显,油藏特征色谱效应明显,水的运移速度和示踪剂孔隙运移速度差距大。对井间示踪剂监测的量化解释和定性认识具有极其重要的指导意义。
2013, 36(9):64-70. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.010 CSTR:
摘要:为了确定断层附近防隔水煤(岩)柱的合理宽度,解决煤炭安全生产问题,以山西省某矿下保护层?晌こ萄芯慷韵螅肍LAC 3D数值模拟软件进行了数值仿真计算,充分考虑了断层的产状和落差,再现了回采工作面在推进过程中的顶底板采动裂隙的发展情况,并结合经验公式法确定了隔水煤(岩)柱的合理宽度。同时还利用数值计算结果,对该矿六采区下保护层?勺髁送凰O招云兰邸Q芯拷峁砻鳎憾喜悴坏怯跋毂;げ憧-傻装迦哦苹党潭鹊闹匾蛩兀彩侨范ǚ栏羲?岩)柱宽度的关键所在。在对矿井突水危险性评价中,应该考虑采动对底板扰动破坏的影响。
2013, 36(9):71-77. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.011 CSTR:
摘要:混合动力系统具有节能和环保优势,为了提高混合动力系统的燃油经济性,结合ISG(integrated starter generator)型速度耦合混合动力系统的结构,构建了系统动力学模型。利用动态规划方法,设计了以发动机节气门开度和电机转矩为控制变量,以发动机转速和电池SOC等为状态变量,以整个循环发动机燃油消耗最低为目标函数,电池SOC维持平衡和限制频繁换挡为附加代价函数的动态规划算法。仿真结果表明:与传统的基础车型相比,混合动力系统燃油经济性提高了35.5%。
2013, 36(9):78-82. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.012 CSTR:
摘要:高压直流电缆绝缘材料的老化与空间电荷有密切关系,探索一种能够表征材料老化程度的空间电荷特征参量显得尤为重要。笔者以低密度聚乙烯(LDPE)材料为例,使用电声脉冲法(PEA)研究了直流电老化程度对空间电荷陷阱特征的影响,提出一种离散分布的空间电荷陷阱模型,并基于此模型计算出陷阱特征参数(陷阱深度和陷阱密度)。结果表明随着直流电老化程度的增大,样品内较浅陷阱转化为较深陷阱,并得到老化程度与陷阱深度、陷阱密度的关系,为聚合物材料老化诊断提供参考。
2013, 36(9):83-88. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.013 CSTR:
摘要:由于故障特征不明显,检测难度大,高阻故障一直是配电网故障识别的难点。利用小波在时域和频域都具有良好的局部化性能,对暂态信号进行多尺度分解,并对各个尺度下的小波系数进行重构,抽取尺度3下的小波重构系数,计算各馈线的定时浮动窗内的量谱,根据其量值特征来识别故障所在线路。在研究电力系统各种暂态信号的基础上建立了配电网高阻故障仿真系统,通过PSCAD仿真平台利用高阻故障模型对配电网馈线进行高阻故障仿真分析。大量仿真分析表明,该方法能够有效提取故障的特征量,可对高阻故障进行在线识别。
2013, 36(9):89-95. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.014 CSTR:
摘要:绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块是电力电子装置中关键可靠性敏感元件之一,辨识IGBT模块缺陷,是避免突发故障,增强电力电子装置可靠运行的重要举措之一。为此,笔者提出一种基于时间序列动态时间弯曲(DTW)差异的IGBT模块早期缺陷的诊断方法。该方法利用缺陷对IGBT模块门极寄生参数的影响,通过分析缺陷前后,门极电压信号序列DTW的差异,判断IGBT模块内部是否存在缺陷。实验研究结果验证了其诊断结论的正确性和实用性。
2013, 36(9):96-100. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.015 CSTR:
摘要:基于非稳态导热原理,设计并开发了一套喷嘴喷雾冷却特性测试实验装置。将Q215钢种试样加热并恒定表面温度,然后通过对表面进行喷雾强制冷却,连续采集并保存冷却过程中试件不同测点的温度变化。通过Matlab与VC6.0接口编程,离线拟合密度、比热容及导热系数等热物性参数与温度拟合方程以及不同测点温度与时间的拟合方程。结合测试的拟合方程,对非稳态导热方程进行离散处理间接测量表面的传热系数,进而评价喷嘴冷却特性。通过系列现场测试实验,测试喷雾冷却过程中表面温度,水流密度及喷水压力等条件下表面的传热系数,实验结果真实反映了喷雾冷却条件下喷嘴的冷却特性,并表明该方法可行,能实现喷嘴冷却特性测试及喷嘴性能评价。
2013, 36(9):101-105. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.016 CSTR:
摘要:为探索镁合金的多级时效工艺,利用X射线衍射、光学金相、扫描电镜以及能谱分析、透射电镜、显微硬度、力学性能测试等实验手段,研究了多级断续时效(T6I6)对ZM61新型镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,与T6态相比,T6I6工艺更能显著提高合金强度,显微硬度为90HV,屈服强度为340Mpa,抗拉强度达到356Mpa,强度增幅分别为13%和8%;T6I6处理使合金晶间干净,第一级和第二级过程中只有Mn以α-Mn的形式继续析出,形成更多的Mn单质颗粒,终级时效的硬化幅度增加,且峰时效时析出了弥散分布的β'相,使强化效应得到充分发挥。
2013, 36(9):106-112. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.017 CSTR:
摘要:采用Gleeble-1500D型热模拟试验机,在变形温度为250~450 ℃,应变速率为0.01~1 s-1,最大应变量为0.85的条件下,对AZ31-0.5Sr-1.5Y进行单向热压缩实验。对材料的热变形行为和热加工性能进行了研究,建立了合金热变形过程中的本构方程和热加工图,并结合金相显微组织观察对加工图进行了分析。结果表明:AZ31-0.5Sr-1.5Y在热变形过程中的稳态流变应力可用双曲正弦函数关系式进行描述,其应变激活能为186.83 kJ/mol,热加工图分析表明,在本实验条件下,当真应变为0.6时,材料存在着非稳态流变区,其温度为250 ~300 ℃,应变速率为0.3~1 s -1,材料的最佳热加工工艺参数为:温度300~400 ℃,变形速率0.01 ~1 s -1。
2013, 36(9):113-117. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.018 CSTR:
摘要:首次将自蔓延高温合成法(self-propagating high-temperature synthesis,SHS)用于锰铝中间合金的制备。采用Miedema生成热模型、金属间化合物的双参数模型估算了锰铝中间合金的标准生成焓、标准熵及比热容。通过理论计算确定了Mn3O4-Mn2O3-CaO-Al反应体系的绝热温度。以Mn2O3、Mn3O4和CaO、金属Al为原料,进行了锰铝中间合金的自蔓延反应合成试验,采用化学滴定、X射线衍射以及光学显微镜的方法对产物进行分析。理论计算和实验结果表明:反应体系的绝热温度为3 160 K,确定了该体系进行自蔓延反应的可行性。采用自蔓延合成法制备出了锰含量高达78%以上的锰铝中间合金,拓宽了锰铝中间合金的生产工艺。
2013, 36(9):118-126. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.019 CSTR:
摘要:描述反应器内团块、粉粒或液滴内的传质都离不开扩散方程。获得工程上可利用的扩散方程的近似解,既是实践需要,也是理论发展方向之一。在给出对有限长度区间内扩散方程进行稳态近似法处理过程的同时,将动力学中常用的浓度随时间不变的稳态假设发展为浓度变化率随时间不变的稳态假设,继而获得了一具体扩散问题的近似分析解。稳态近似法获得的结果和精确解随时间变化是同步的;近似解与接近最终稳态的情形吻合程度好,与远离最终稳态的情形吻合程度稍差些;稳态近似法获得的结果基本上满足总体质量守恒。
2013, 36(9):127-132. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.020 CSTR:
摘要:三峡水库蓄水诱发了多处推移式滑坡变形加剧,为了加强对该类滑坡在三峡水库水位调节下变形特征的认识和灾害的预防,以三峡库区典型推移式滑坡——云阳凉水井滑坡地质条件和变形特征为例,制定监测方案;通过对滑坡地表位移、地表裂缝、深部位移、地表水位、降雨量及宏观巡查等方面的监测,分析监测指标的变化规律及相互关系,研究降雨及库水位升降对滑坡变形影响,分析了降雨、库水位变化时滑坡体变形和变形速度的规律;结合条块自身稳定系数变化量,揭示了推移式滑坡在降雨和库水位两种不同作用机制下的变形规律:降雨对后部变形影响大,库水对前部变形影响大,水位越高影响越强烈;降水时动水压力对滑体变形影响较大;同时受降雨和降水作用时滑体变形最大。其变形规律为该类滑坡防灾减灾提供了科学依据。
2013, 36(9):133-140. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.021 CSTR:
摘要:提出新型的电热管布置方式,并制作了4种蒸发器样件,利用吸风式制冷试验台进行试验研究,对各样件的传热和流阻性能进行了分析。试验结果表明:试验风速为1.5~4.3 m/s内,相同试验条件和蒸发器几何尺寸下,与平翅片蒸发器相比,DK-8型蒸发器单位面积换热量增加28.1%~36.2%,翅片表面传热系数提高79.2%~83.5%,压缩机COP提高38.2%~46.9%,风侧流动阻力增加5.29%~18.3%,COP的增幅显著高于阻力的增幅。说明将除霜设计与强化传热设计的结合优化方案是完全可行的。
2013, 36(9):141-145. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.022 CSTR:
摘要:为了对菌株S7胞外溶藻活性物质进行分离鉴定,首先对溶藻细菌S7所分泌的溶藻活性物质进行分离和纯化,进而采用紫外光谱、红外光谱、荧光光谱和质谱对该活性物质进行了初步鉴定。结果表明, 甲醇洗脱组分的溶藻效果最强,紫外光谱扫描结果显示溶藻细菌S7溶藻活性物质可能含有3~5个共轭的不饱和键;红外光谱扫描结果显示活性组分中可能含有羟基、饱和烃基和芳香醚;三维荧光光谱扫描结果显示溶藻活性物质有两个较强的荧光峰λex/λem,峰值分别出现在264/436 nm和378/369 nm处;质谱分析结果显示活性组分中含有6种物质,它们的分子量分别为163.1、246.3、274.3、318.3、404.5和475.4。
2013, 36(9):146-150. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.023 CSTR:
摘要:为提高活性炭对Cd 2+的吸附效果,采用硝酸对活性炭进行改性,通过BET、Boehm滴定等手段对改性前后活性炭进行表征分析,并在不同反应条件下,考察了活性炭改性前后对Cd 2+的吸附效果。结果表明,经硝酸改性后的活性炭比表面积有所增加,含氧官能团总量上增加明显。在pH中性条件下,GAC、10% N-GAC、70% N-GAC对Cd 2+的去除率分别为10%、41%、57%左右,改性后的活性炭对Cd 2+去除率有较大的提高;各种活性炭对Cd 2+去除率随着活性炭投加量的增加都有较大的提高;pH值是影响活性炭吸附去除Cd 2+的主要因素,各种活性炭对Cd 2+的去除效果均随着pH的增大而增大。吸附动力学研究表明,10%N-GAC吸附Cd 2+反应在前20 min符合Lagergren准一级反应模型,20 min后的反应更符合Lagergren准二级反应模型。
2013, 36(9):151-158. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2013.09.024 CSTR:
摘要:首先分析了在空调季上海、厦门两地建筑各朝向表面的太阳直射和散射分布;其次,建立遮阳建筑模拟分析模型,利用Energy-plus软件,分析不同尺寸的固定遮阳板、不同性能的外遮阳卷帘以及不同倾角下的百叶对建筑北向房间的太阳辐射得热和建筑采光的影响,并对各种遮阳设施进行眩光分析,发现使用固定遮阳板和卷帘的眩光总小时数较多;最后,模拟分析北向房间外窗采用不同遮阳设施的全年建筑照明能耗和空调能耗;结果表明,上海地区北外窗采用中反射率中透过率的卷帘节能效果最明显,可调百叶节能效果与卷帘接近,固定遮阳板节能效果不明显;厦门地区北外窗采用可调百叶节能效果最明显,高反射率低透过率的卷帘次之,固定遮阳板节能效果最小;综合考虑节能效果和眩光,上海和厦门两地采用可调百叶遮阳效果最好。