流体组织（精选7篇）
流体组织 篇1
随着用户对多媒体资源需求的增强, 相应的点播技术也应运而生。包括流媒体播放技术, P2P对等网络等。流媒体从传输技术的角度达到了降低网络负载, 增强用户服务效果的良好效果。P2P网络旨在充分利用节点的存储资源和带宽资源, 也从广义上达到了降低主干网络负载的较好效果。所以, 把基础P2P网络层和上层应用层流媒体技术结合起来是一项很好的选择。
但这两种技术在多媒体服务方面都有缺点:流媒体通过客户端缓存、代理服务器缓存来平衡播放效果和降低带宽负载之间的矛盾, 但缓存媒体命中率不高的问题就显示出来;P2P网络因节点动态的加入离开造成了网络和存储资源管理的复杂性, 同时也给流媒体业务前端用户的体验质量埋下了隐患。所以, 对于节点的媒体资源、带宽资源、存储资源的有效管理就成为P2P流媒体系统的一个关键问题。本文建立一种基于元的资源管理和多通道并行传输模型达到前端增强多媒体服务质量, 后端提高资源利用率, 降低网络负载, 增强系统稳定性等多重效果。早期的P2P流媒体系统为提高服务质量主要从这几方面考虑:第一, 优化系统结构, 如元胞自动机模拟;第二, 屏蔽新节点与源节点的时延;第三, 基于媒体流行度和前缀缓存的缓存替换算法, 单播与多播相结合的调度方法, 动态调度算法:Batching算法、Patching算法、Piggybacking算法、OBP。
1 P2P流媒体系统结构
P2P节点动态进出, 对于流媒体服务稳定可靠服务而言是一弊端, 解决的方法是在资源服务层之上, 提供系统级的管理服务, 该服务层向上能给用户节点提供稳定、高效的媒体资源。向下能充分运用节点的存储资源、带宽资源等。在系统服务层设置并发机制:从多服务节点并发获取并传输数据, 降低启动和传输延迟, 该系统结构图, 见图1。
在该结构的P2P系统中节点为CP请求客户节点, BP缓存服务器节点, SP服务节点。对于系统中众多的资源节点, 以一种虚拟元VC的形式来管理多点服务节点, 多通道并发向请求节点提供服务。新节点进入系统后, 由信息服务提供接口获取新节点的资源信息和请求信息。并以规范化的XML文件记录资源信息, 调用客户请求分析服务, 获取请求资源的类型, 媒体名称等。同时也记录下该请求节点所能提供的资源的相应信息, 该信息文件为PMI.xml。节点管理服务PMS是以VC为单位来管理资源节点, 在新节点经过信息服务信息处理后, 再由PMS根据PMI.xml查找该CP需求的VC, 由VC并发向CP提供流媒体传输。这样能充分运用多节点的带宽资源, 既能降低服务节点的负载, 又能降低向客户节点提供服务时的延迟。
2 基于VC虚拟元的流媒体多通道并行传输模型
2.1 VC虚拟元的建立
VC建立的主要参数是节点资源的相似度S, 0 ≤ S ≤ 1。相似度是虚拟元建立的主要依据, 也是多节点能够并发服务请求节点并保证连续传输的重要保证。S来源于PMI.xml节点多媒体资源信息表。VC构造所需的SP服务节点以10 个为宜。PMI.xml存储媒体的T ( 类型) , N (名称) , W ( 流行度) 等。S主要从T, N, W综合评估而建立。相似度知识确保多服务节点SP有能力耦合、并行提供资源于CP, 但并不能保证服务质量, 还需其它参数辅助。如SP地址A, SP存活时间L, S服务次数, T提供媒体服务的类型, 其中S和T以 (S, T) 二元组的形式组成表示在历史记录里该SP能给CP提供T类型资源请求的次数。建立元组织单元时, 先根据相似度S初次选出节点集, 再依次参考A, L, (S, T) , 最后确定10 个SP。
2.2 基于元多通道并发传输模型
该模型的质量目标是保证媒体的连续播放, 该目标的实现方法是为CP分配缓冲区Bc, 共有n个SP为其提供服务, 把Bc化成n个虚拟缓冲块, 为读入的数据帧编号, 读入CP缓冲区数据帧编号的连续性是保证媒体播放连续性的参数1。另一参数2 是确保CP各虚拟缓冲块读入数据时间的连续性。设Bc为CP总缓冲池的大小Bc1Bc2…Bcn为各服务缓冲块的大小, 读入媒体的速度为Vc, Tc为读入CP缓冲区的总时间:
要保证时间的连续性, 关键取决于各块的启动时间ti, 播放速度为Vp, 缓冲块的帧大小为Fi=fi- fi-1, fi为各块的起始帧号, 则确保时间连续性就取决于下列约束:
各块的启动时间ti取决于搜索时延si和网络传输时延pi和读入缓冲块的时间tbi, 即:
3 仿真结果分析
建立P2P流媒体系统结构, 其中系统级服务节点管理和调度管理和传输管理为基于元的多通道并行传输模型提供服务支撑。该模型的优点1 高效性, 通过多通道并行降低时延。优点2 降低了服务节点的带宽和流媒体服务器的负载, 实验数据比较本文的基于元并行传输模型的P2P流媒体系统和传统P2P流媒体系统, 见表1。
从实验数据可以看出客户端的响应时延显著降低, 系统各服务节点的资源负载和带宽负载都显著降低。另外还有一非常突出的潜在优点, 即流媒体系统最突出的播放卡壳、抖动等问题得到了一定程度的解决, 这一点取决于以并行机制填满各缓冲块的思想。
4 结语
本文提出一种P2P流媒体系统中的资源组织形式元, 元中各服务节点以并行的方式为客户节点提供资源请求服务。P2P网络由于节点的动态进出, 各节点的有效管理和负载平衡都是很突出的问题, 基于相似度等参数的元基本单元就可以有效解决该问题。有效管理P2P服务资源为客户端的服务质量提供了管理和资源的支持。服务节点以并行方式为客户节点提供资源服务, 可以显著提高用户的服务质量。
摘要：P2P流媒体系统的服务质量参数主要有响应时延, 平滑播放等。基于此, 提出了一种基于元的资源组织形式及在此基础上的多通道并行传输模型, 把该模型植入P2P流媒体系统的传输层, 即可以解决客户端的服务质量要求。另外, 因为在系统资源层启动多个服务节点并行传输, 也降低了单服务节点负载, 对于P2P流媒体系统的带宽、流媒体服务器起到了负载平衡的作用。这一点取决于在客户节点划出多个缓冲块, 各服务节点以并行的方式向各缓冲块读入数据的思想, 即基于元的多通道并行传输模型。
关键词：元并行,P2P,流媒体
参考文献
[1]Duan Xiaodong, Yu Xin, Liu Xiangdong.Cellular Autom Modelling to Flow Media Transmission Server Based on P2P Technology[J].Computer Engineering and Applications, 2005, 36 (9) :152-154.
[2]Muller S H, Huber J B.OFDM with reduced peak-toaverage power ratio by optimum combination of partial transmit sequence[J].Electronics Letters, 1997, 33 (5) :368-369.
[3]Lim D W, Seon J, Lim C W, et al.A new SLMOFDM scheme with low complexity for PAPR reduction[J].IEEE Signal Processing Letters, 2005, 12 (2) :93-96.
[4]LIU Yi-ning, ZHAO Zhen-de, QUAN Wei-xin, etc.Proxy Cache Replacement Algorithm Based on Popularity and Prefix Caching[J].Journal of Image and Graphics, 2007, 12 (10) :1754-1756.
[5]Chen Jiancong, Chan S H G.Multipath routing for video delivery over bandwidth2limited networks[J].IEEE Journal on Selected Areas Communication, 2004, 22 (10) :1920-1932.
[6]Golubchik L et al.Adaptive piggybacking:A novel technique for data sharing in video-on-demand storage servers[J].ACM Multimedia Systems, 1996, 4 (3) :140-155.
[7]White P P, CrowcroftJ.Optimized batch patching with classes of service[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2000, 30 (4) :21-28.
油田智能流体 篇2
1 物理性质及其应用
涉及泡沫应用潜力的物理性质包括固相载容能力、降低流体密度和流体流度的能力。下面的例子解释了泡沫在物理性质和应用之间的关系。
浮选过程中携固相泡沫流体导致固相微粒分离, 包括亲水与亲油成分的分离。同样, 在钻斜井的过程中, 应用泡沫水泥阻止钻杆和地层环形空间里固相颗粒的沉降和沉积作用的发生。
欠平衡钻井是采用泡沫钻井泥浆来降低泥浆的有效密度而实现的。钻井泥浆密度的降低减小了水柱静压力, 这在很大程度上降低了油层污染的风险。在固井过程中, 泡沫泥浆有助于控制静压力和减小气体运移的影响。固井水泥密度的降低也可减少气井中的液体载荷。
不论是在近井地带还是深井地带, 应用泡沫主要是利用泡沫在多孔介质中具有可观的表观黏度。提高采收率技术所用的注入气体, 如空气、二氧化碳、蒸汽泡沫等主要取决于泡沫的性能。在没有泡沫存在的条件下, 驱替气体与被驱替相原油的流度比和密度差引起窜进和重力分异作用。气体窜进和重力超覆现象的存在导致驱油效率低下。泡沫驱中的气泡能够有效降低重力分异作用及减少气体窜进现象, 能够有效提高波及效率。由于泡沫具有不伤害油层的特殊性质, 因此它们是近井地带理想的流体暂堵剂。泡沫已广泛用于酸化过程中来置换高渗至低渗地带受污染储层的酸液。
2 认知泡沫的挑战
尽管泡沫被广泛应用, 但是泡沫的性质并不完全可靠。这主要是因为没有全面和完整应用其物理性质, 尤其是在多孔介质中泡沫的流动规律。在过去的30年, 科研工作者付出巨大的努力来研究泡沫的性质, 这使得对泡沫的性质有了更加全面的描述, 但是在很多方面还没有进行更加深入的研究。
Dietz科研小组对泡沫的形成机理及其吸附规模和数量进行了研究。他们研究的方法是根据唯像分析和可视化实验。除一些相关的应用, 酸反转试验和流度控制试验结果是令人鼓舞的。
3 泡沫膜在孔道中的聚集与分散
为了去除表观黏度的影响, 对泡沫气泡在聚集和分支孔道中的运动进行细致的检查, 模拟多孔介质中不同横截面中的流动状态。在考虑表观黏度和黏弹性影响的前提下, 研发出泡沫膜的运动可视模型。通过试验给出表观黏度μf的表达式:
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式中, n为薄片密度;v为速度;r为平均孔道半径;σ为表面张力;E为泡沫膜弹性系数;α、β、和A值是地质几何模型所固有的, 为定值。同时, 也开展了泡沫膜在玻璃管的聚集分散试验。泡沫膜的运动随时间的变化通过数码摄像机被记录下来, 与此同时, 玻璃管中上部的压力变化也得到监测和记录。除了早期报道的关于直毛细管中气泡运动的影响之外, 还发现了气泡表面膜的黏度和弹性对泡沫的表观黏度具有重要作用。这一发现能够直接归因于泡沫膜在孔隙介质中的伸张和收缩作用。
4 可视模型中微观泡沫的流动
为了确定泡沫结构 (如泡沫密度与空间结构的展布) 和泡沫流体流变能力的关系, 研究了泡沫在透明模型中的流动。这些类似二维的微观模型能够观察到泡沫的动力学变化, 如泡沫的形成、破灭、捕获及其流动状态。在利用气体示踪剂的条件下, 这些变化也为评价气体捕获率提供了条件。利用一个简单的对流扩散模型来说明示踪剂传质是从运动流体到捕获气泡的过程。气体捕获率是通过对模型出口端的示踪剂浓度剖面的测量值与计算值的拟合来进行预测的。结果表明, 在整个过程中平均75%的气泡都被捕集。从微观模型可以监测到:当气体分数增加到一个临界值后, 压力降会迅速上升, 这表明泡沫的表观黏度发生剧烈变化, 这种现象可解释为单个气泡向层流流态的转变。
5 泡沫在多孔介质中的流动研究
通过酸转向模型试验和堵水模型试验观察泡沫动态流变特征。因此, 这项研究关注的主要有两个试验:
◇ 由注入气体和表面活性剂溶液通过盛有表面活性剂溶液的多孔介质而产生泡沫;
◇ 向盛有泡沫的多孔介质中注入液体。
利用岩心试验来实时观测局部流体饱和度的形变和量变。多孔介质中不同区域的压力降也同时进行监测和记录。在泡沫稳态流动的第一时间, 泡沫捕获率是利用X射线示踪技术来进行计算的。
6 泡沫的产生
图1中的岩心试验图像显示泡沫以锋状为特征方式驱替表面活性剂溶液。在整个过程中出现了三个明显不同的区域:
◇ 逆流区:泡沫处于均匀分散状态, 分液作用低;由于在出口端有注入系统和气体压缩作用使分液作用较为明显。
◇ 过渡区域:流动的泡沫及液体形成细小的指进形态;典型的指进形态中类似手指的尺寸与岩石颗粒的尺寸相当。
◇ 向下流动区域:多孔介质的下部被液体充满。
对于更高黏度的驱替流体, 这些特征更加明显。从宏观的角度, 这是相当规则的驱替前缘驱替特征, 也是实际应用中希望产生的效果。
随着时间的推移, 分液作用在泡沫区域不断减弱, 就像岩心试验图像中显示的黑色部分一样。这一现象是在Dietz的一次室内实验发现的, 并因二次减饱和作用而闻名。表面上, 减饱和作用最初发生在多孔介质的中心部位并且向岩心的入口端和出口端扩散, 停止于稳态流的形成。
氮和表面活性剂分别以5 cm3/min和0.5 cm3/min的速率一起注入。泡沫前缘转为锋状并在1.79时破裂。在泡沫带次生液含量提高, 并扩散到孔隙介质的入口和出口。
7 在泡沫形成后注入液体
岩心试验图像捕获到在形成稳态的泡沫流后注入表面活性剂溶液所产生的惊奇现象 (图2) :
◇ 时间短:液体流过几乎不动的泡沫, 以一种类似前缘的形态通过孔隙和气泡之间的间隙, 这称为泡沫析水。
◇ 时间长:除了产生泡沫析水剖面外也形成了一种特殊的指进模式;这种指进模式的产生和发展
需要一个比泡沫自身产生的屈服应力更大的力。
所有的分液作用是由泡沫析水作用和指进作用相互作用的结果。指进现象从入口端不断扩展, 在泡沫中经过一段距离之后呈现向下弯曲的趋势, 这很可能是重力作用的结果。
8 泡沫是一种智能流体
为了解释上述实验现象, 泡沫被描述为宏观流体, 其屈服应力为τγ, 由于τ≤τγ时泡沫不发生剪切作用, τ>τγ时泡沫表现出幂律流体特征, 因此可应用下面的流变模型描述:
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式中, K1、K2是泡沫和多孔介质系统的特征参数;u=ϕv是泡沫的表观速度;ϕ是孔隙度。方程 (2) 表示泡沫的捕获是泡沫流变过程中的必然结果, 因为在低于自身的屈服应力条件下泡沫被捕集而高于屈服应力条件下泡沫流动时的黏度由方程 (2) 给出。对比方程 (1) 和方程 (2) 可以发现, K1与τγ范围有如下关系:
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或者用其他的表述方式, K1与气泡密度n成线性关系, 更重要的是τγ随着n值、泡沫膜的弹性系数E和表面张力σ的增大而线性增加。为了有效证明这一重要的性质, 唯一需要认识的就是E与σ的值受表面活性剂的影响很大。表面活性剂能够使E和σ相互作用, 通过施加外部张力实现相互作用, 促成了性能可控的智能泡沫的形成。
9 结论
泡沫在多孔介质中的流态通过屈服应力表现出不同的性质, 低于屈服应力泡沫被捕集不能流动, 而高于屈服应力则呈现出幂律流体的特征。屈服应力值主要取决于泡沫的物理参数, 如泡沫密度、泡沫膜的弹性以及表面张力, 这些参数主要通过表面活性剂的仔细筛选来控制。不同泡沫具有不同的屈服应力, 这使得泡沫作为一种智能流体显示出其在油田开发过程中的应用前景。
资料来源于《Business Briefing:Exploration& Production:The Oil & Gas Review》2005
摘要：泡沫为气体在液相中的一种分散状态, 依靠表面活性剂保持其稳定性。这种复杂的流体在油藏的勘探开发过程中起着非常重要的作用。本文从泡沫固相载容能力、降低流体密度和流度等物理性质入手, 深入分析目前钻井、酸化压裂、提高采收率等方面的泡沫应用情况, 并提出目前对泡沫认识的不足。目前对泡沫的形成机理、在多孔介质中的吸附量等尚不清楚。为取得进一步认识, 研究了泡沫在多孔介质中的聚集与分散、可视模型中的流动行为、酸化和堵水过程中的流动特征等内容, 从实验的角度分析了泡沫的形成过程, 并提出了泡沫稳定性的影响因素。基于以上研究作者提出泡沫是一种智能流体, 在油田开发过程中具有广阔的应用前景。
流体组织 篇3
1 广教学媒体
教学大纲，课程说明、课程实施方案和多媒体课件是教师授课和学生学习的载体。工程流体力学课程除了完善上述刚性载体，还特别重视印刷媒体、网络媒体、音像媒体，新闻媒体、实物媒体的教学辅导作用，多渠道获取教学资源和教学信息。寓枯燥抽象的流体力学公式概念于形象直观的理解和掌握。
1.1 印刷媒体
工程流体力学参考书，过控专业的《工程流体力学》是过程装备与控制专业核心课程统编教材，由于难度大，很多高校已经放弃使用。我校一直坚持使用，但指定学生同时使用难度较低的工程流体力学参考书，教师掌控知识高点但简化应用背景，与低难度教材在静力学基本方程、动量定理、伯努力方程、N-S方程等重要的知识点做好教材与参考书的对接。
1.2 网络媒体
国家精品课程建设已经为工程流体力学的教学创造了非常繁荣的精品网络课件群；相比教材，课件的解析性、沟通性、纠偏性和练习性强，优秀的网络课件是工程流体力学课程的宝贵教学资源。
1.3 音像媒体
都江堰、灵渠、三峡等水利工程都已逐渐成为重要的旅游景点，利用这些景点的专题片了解水利工程的流体力学知识：都江堰的鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶引水口；灵渠的铧嘴与三七分流；三峡蓄水与沿江生态；引导学生们从流体力学的视角去感受人类水利史上充满智慧光彩的宏大工程。旅游景点的音像宣传片也是学生课后学习的有益素材。
1.4 新闻媒体
与流体力学相关的大事件新闻报道是流体力学教学内容的重要点缀。灵芝机场建在雅鲁藏布江的峡谷里，周围都是海拔4600米以上的山，2006年9月1日灵芝机场首航是对27m/s风流和切变的成功挑战；2007年2月顶风行车的新疆列车倾覆，龙卷风新闻报道、因起飞跑道错误而导致的坠机事件、南水北调、西气东输的工程进展等都是流体力学知识相关度极高的新闻素材，启发学生们关注身边的流体力学。
1.5 实物媒体
实物及模型直观、可触，是最好的多媒体。例如对于测压部分，将压力表、皮托管等小体积实物带进课堂，让学生课后动手解剖；组织学生观察手动压水井，并利用所学知识分析其原理、了解其结构；组织学生利用课余时间观察实验室的部分流机实物及模型，加深对流机的原理、结构的认识。
2 重教学互动
课堂是教师授课的舞台，但是全程讲解缺少互动，教学效果不好。教师的精讲和梳理应当辅以学生的互动训练。因此，设计了2～3次教学互动主题活动。一是在课程进行到中期，学生们已经具备流体力学基础知识时，让学生们用“流力眼”过滤身边的流体力学现象，特别是以流程性材料的加工与制造为工业背景的流体力学现象。学生们会惊奇地发现生活中、工程上流体力学现象一直伴随我们左右。因为密切，因为有用，学生自主学习的主体地位得以确立，独立思考，主动求知，使学生从知识的被动接受者变为知识的主动构建者，从“要我学”转化为“我想学”“我要学”。二是选择章节转承有难度的新内容开始，以“为新章节写导语”为互动主题，启发学生挖掘知识结构的联接与发展。灵活学习，动态学习。
尝试设计部分题目，让学生课后以3～4人成组查资料、交流、探讨，并形成文本或P P T；鼓励电脑好的同学以组为单位，设计动画，对部分流体力学的原理以及实物、模型的原理、结构、运转进行模拟、演示。择机当众宣讲和展示，既调动学生课后学习的主动性，又培养观察、思考的好习惯，同时对学生的交流、协作能力的培养很有意义。
3 走近科学家的科学实践
绕流与输运是本科流体动力学的两大部分。流体输运是过控专业学生非常愿意了解和掌握的，因为专业相关度高。过控专业的成套过程装置是组成过程工业的工作母机群，通常是由一系列的过程机械和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的独立的密闭连续系统，流程性材料在其中经历的流动和输运，学生们有自主学习的需求和动力。绕流(包括势流与边界层)内容在矿物加工的很多问题中都是基础，具有重要影响，在本科流体力学中内容篇幅较少，很多规律都是半经验公式，相比流体输运的连续性方程、动量定理和伯努力方程，讲起来枯燥，学生们困惑。为了调动学生学习热情，在绕流与边界层等难度较大的章节，以“普朗特、冯-卡门和钱学森三代师徒与现代航天科技”为题，引导同学们走近科学家的科学实践。当讲到壁面摩擦阻力系数、斯托克斯阻力系数等经验公式时，我们介绍了卡门-钱阻力系数公式，首先建立学生们对经验公式的崇敬，经验不是“大概”更不是“随便”，每一个经验公式都是科学大师心血和智慧的结晶。然后引导学生们理解流体是通过边界层对被绕流物体施力，边界层的形态决定被绕流物体受力的大小和方向，因此也决定了绕流物体的轨迹。
4 教学效果
工程流体力学历来被认为是很难讲授的课程，概念抽象、公式多、枯燥无味是大部分学生对这门课程的反映，我校化工学院矿物加工和过控两个专业在工程流体力学的教学中，改变传统的灌输式教学，充分利用现有的各类教学媒体和手段，以学生为教学主体，采用新颖的教学互动方式，提高了学生对工程流体力学的兴趣，变被动接受为主动吸收，课程结束后学生的反映不再是枯燥无味，而是有趣、有用，取得了良好的教学效果。
摘要：针对中国矿业大学矿物加工和过程控制的专业特点,结合工程流体力学的知识体系,运用多种教学媒体和新颖的教学互动方式,激发学生的学习主动性,取得良好的教学效果。
关键词：流体力学,教学媒体,教学改革
参考文献
[1]李文科.流体力学与流体机械课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2009,23(4):113～114
[2]盛伟,卫运钢,李敬.工程流体力学精品课建设的探索与实践[J].中国电力教育,2008,1:100～101
[3]董庆伟.工程流体力学课程教学改革的实践[J].中国现代教育装备,2008,12:78～80
中国流体装卸设备发展历程 篇4
一、探索、引进、学习期
世界上第一台船用流体装卸设备由美国FMC Technologies公司于1956年制造完成, 该公司也是目前成立最早、业务范围最广的流体装卸设备公司。
1970年前后, 我国有少数炼油厂、石化厂、电厂等单位因为业务需要引进了少量进口流体装卸设备, 国内大部分企业都是采用软管或金属管与泵结合的简易装置替代。随着石油、化工品及相关产品使用需求量的增加、使用性能要求的提高以及对使用安全性的重视, 流体装卸设备作为一种必要的装卸工具逐渐受到国内相关企业的关注。起初, 国内的厂家是对进口装卸设备进行仿制, 主要集中在湖南省株洲市, 由于技术的局限性及市场需求量不高, 最终只是在陆用流体装卸设备 (俗称“鹤管”) 领域实现了批量生产。
1985年, 连云港市石油化工机械总厂 (前身为连云港市锅炉厂) 与德国Connex公司 (后与SVT公司合并) 进行技术转让合作:德国Connex公司将部分产品的生产图纸和技术有偿转让给该厂。同时, 连云港石油化工机械总厂也先后派出数名技术人员赴德进行学习和深造。连云港石化机与德国Connex的合作, 成功的将流体装卸设备的设计、生产、制造技术和经验引进中国, 对国内尤其是连云港本土的流体装卸设备制造企业产生了巨大的影响, 使得连云港成为国内规模最大、产业最集中、技术最先进的流体装卸设备生产基地。
二、吸收、消化、改进期
国际上流体装卸设备结构形式主要有三种, 分别是以FMC为代表的自支撑结构、以德国Connex SVT公司为代表的独立支撑结构和以Kanon公司为代表的四连杆结构。
中国各企业设计研发人员在引进国外技术的基础上, 也开始进行各方面摸索性的改进研究, 并取得了一定的进展, 如湖南百通公司的产品“压簧平衡式槽车顶部装卸液体鹤管”获国家实用新型专利。
1994年, 中远集团下属连云港远洋运输有限公司成立了连云港远洋装卸设备有限公司。该公司技术源自德国, 依靠中远集团强大的经济后盾和连云港市流体装卸设备产业群集中的优势, 对国产流体装卸设备开始进行了突破性的改进。首先, 流体公司对船用装卸设备的核心部件—“旋转接头”进行改进, 重新设计开发了全新的结构, 经试验后各项指标完全满足设计要求, 投放市场后装卸设备的故障率和返修率大大降低。同时, 流体公司还及时完成了对尺寸系列的标准化工作。该项改进和标准化工作使得远洋流体公司的船用装卸设备的生产技术水平与国外产品接轨, 市场占有率得到快速提升, 并迅速成长为国内流体装卸设备行业龙头企业。随后, 流体公司又对装卸设备的整体结构进行优化改造, 优化设计后装卸设备整体重量下降了20%, 大大降低了制造成本, 提高了市场竞争力, 进一步稳固了连云港远洋流体公司的行业领先地位。
目前, 中国成规模的流体装卸设备生产企业主要集中在湖南省株洲市和江苏省连云港市。湖南省株洲市的流体装卸设备产业主要集中在陆用产品, 而技术含量较高、利润空间较大的船用流体装卸设备则主要集中在连云港市, 其中, 连云港远洋流体装卸设备有限公司就占有全国船用流体装卸设备市场的70%以上。
三、创新、发展、成熟期
随着国内石化行业的迅速发展, 国内流体装卸设备也得到蓬勃发展, 在常规流体装卸设备领域, 国产设备各项性能指标已与进口产品基本相当, 但是在高端产品领域国外几家传统大公司还是占据国内主要市场, 如美国FMC公司、德国SVT公司、日本NIIGATA公司等。目前流体装卸设备领域较高端的产品主要为超大口径流体装卸设备和超低温流体装卸设备, 在以上领域国外公司对我国实行技术封锁, 要想实现国产化, 必须依靠国内企业自身的研发能力。
国产流体装卸设备口径一般最大为DN400, 但是随着码头转运效率要求的提高, 为了减少滞港时间, 业主需要更大口径的装卸设备, 而进口产品的口径已可做到DN500。目前, 连云港远洋流体公司已将DN500大口径船用流体装卸设备作为2012年的一个研发项目进行立项, 开始进行自主研发设计。
超低温流体装卸设备是用于装卸低温液体的专业输送设备, 主要有低温乙烯 (-104°C) 和液化天然气 (-162°C, Liquefied Natural Gas, LNG) 两种。2003年开始, 国内流体装卸设备企业开始进行低温乙烯船用装卸设备的研发工作, 连云港远洋流体公司经过2年的研究于2005年率先完成样机试制, 并实现销售。2005年, 国内投资建设第一个LNG接收站—广东大鹏LNG接收站, 伴随着LNG接收站的建设, 也打开了国内LNG流体装卸设备的需求窗口。国内的流体装卸设备企业也敏锐的发现了该市场, 纷纷开始上马进行研究, 但是由于LNG的超低温特性, 装卸设备对材料的选择、处理工艺、焊接工艺和密封面加工工艺等都有特殊的要求。经过无数次的试验和改进, 连云港远洋流体公司最终凭借装卸设备制造的大量经验以及在低温乙烯装卸设备方面积累的低温制造经验, 并且和中科院理化技术研究所达成产学研合作, 最终成功开发出LNG陆用流体装卸臂 (2007年) 、LNG槽车装车设备 (2011年) 、LNG船用流体装卸设备 (DN100, 2012年) 。
煤矿排水管道流体仿真研究 篇5
关键词：煤矿排水管道,仿真,有限元,速度
关于管道内流体流动状况的研究得到了众多学者的重视, 李斌[1]、贺尚红[2]、武维生[3]、杨雪峰[4]等人均采用了不同方法对管道内流体流动进行了分析与仿真。但上述文献中主要是针对普遍意义上的管道进行的研究, 缺少对特定管道类型的分析, 不便于发现某一种管道内具体的流动状况。
本文选择以煤矿排水管道作为研究对象, 通过限元分析了矿井水在不同类型的管道内的流动速度变化。
1 建立模型
管道从外形上可分为直管道和弯管道, 直管道内流体流动状况较为统一, 弯管道在弯段处其截面形状变化较大, 流动的运动轨迹和流动状态会发生交的变化, 从而引起流体速度、压力等状态的变化。
为更加清楚的描述煤矿排水管道内矿井水的流动状况, 本文利用Solid Works设计了不同类型的煤矿排水弯管, 即为60°、90°与120°三种, 如图1所示。
2 模拟仿真
2.1 管道参数
选取管道材质为合金钢, 管径规格为外径300mm, 内径为250mm, 直管长度为700mm。
2.2 初始条件
使用Flow Simulation进行初始设置:国际制 (SI) 长度单位为mm, 入口速度单位为m/s, 分析类型为内部流动, 排除内部没有流动条件的空腔, 流体为液体。
2.3 边界条件
设定整个煤矿排水管道所处的环境温度为293.15K, 入口速度为1m/s, 与入口平面法向平行。出口环境压力为101325Pa, 壁面条件为绝热壁面。
2.4 表面目标
已知煤矿排水管道出口静压力和入口速度, 将仿真目标值设定为表面目标, 即通过管道出口排水量最大作为评价指标。
2.5 仿真结果
求解运行结束后, 对煤矿排水弯管内矿井水流动速度状况进行切面图分析。
以右视基准面作为剖面, 对60°、90°以及120°弯管内矿井水的流动速度进行切面图分析, 速度分布云图如图2所示。
由图2可知, 煤矿排水管道在直段处矿井水流动速度变化不明显, 与入口速度相差无几。在弯段处矿井水流动速度开始发生明显变化, 弯段处内侧的流动速度大于入口速度。60°弯管的弯段处内侧的流动速度最大, 90°次之, 120°最小。
3 结论
本文利用Solid Works设计了三种不同类型的煤矿排水弯管, 通过有限元分析了矿井水流动速度变化, 发现矿井水在煤矿排水弯管的弯段处流动速度开始发生明显增大, 60°弯管的弯段处内侧的流动速度最大, 90°次之, 120°最小。
参考文献
[1]贺尚红, 钟掘.管道流体的瞬态仿真模型[J].中南工业大学学报 (自然科学版) , 2000, 02:173-176.
[2]武维生.基于粒子系统的管道流体虚拟可视化研究[D].山东大学, 2006.
[3]李斌, 刘明亚, 牟静, 郭健, 梅越民.管道流体的瞬态仿真模型[J].科技传播, 2016, 11:183+216.
氧化沟流体力学分析 篇6
氧化沟工艺的不足之处是普遍存在着池底积泥的现象, 往往使氧化沟工艺达不到理想效果[3]。因此为了完全推动混合沟内流体并曝气, 必须具有良好的转刷设计。由于沟内流动的复杂性, 对沟内流态的深入理解是必要的。
1 氧化沟水力学的研究现状
氧化沟污水处理系统的功能是受沟内流体状况影响的, 在一般的情况下, 推流装置以及曝气装置是对氧化沟内流体进行驱动的, 主要防止活性污泥沉降。
在经济以及技术上氧化沟有着较大的优势。然而在氧化沟的实际工程中, 由于不当的沟内设备运行, 会导致沟底积泥的产生。因此, 当前氧化沟污水处理系统的重点是怎样对水下推动器以及曝水转碟进行适当的调整, 了解水力流态的特点, 进而使得这个系统的运行是节能的、高效的, 以上方面的工作在建立污水厂、改造升级污水厂有着非常重要的作用。
2 氧化沟流体力学特性分析和水力计算
为使污泥以及水的混合液体能够进行充分的接触, 同时抑制其处在悬浮的状态, 需要保证氧化沟的沟内的速度达到一定的标准。通过对氧化沟提升水头和水头损失进行确定, 进而使得氧化沟处理系统这种工艺设计能够得到完善。一般情况下, 要求氧化沟沟内断面处的混合液的平均流速为0.3 m/s~0.5 m/s, 而且还要确保沟底的流速是不小于0.1 m/s的[4]。氧化沟处理系统当中的水下推进装置和曝气转刷为这个系统提供了循环动能。
2.1 提升水头
氧化沟当中因为水位差的存在导致系统当中水体以一种循环的方式流动, 水位差的来源是曝气转刷导致水头升高。赵星明[6]研究出了转刷浸没程度以及水头的浸没程度和线速度之间存在的关系是:
其中, I为转刷的浸没程度, m;h为曝气转刷的提升水头;γ为氧化沟水深, m;vγ为转刷的线速度, m/s;k, m, n为常数。
通过水流混合的推动力可以知道:
其中, Fr为污水处理系统的曝气转刷的混合推动力, kg/ (m·s) ;h为污水处理系统当中曝气转刷的提升水头, m。
通过式 (1) , 式 (2) 可以了解到, 如果氧化沟污水处理系统当中的沟内的水较深, 会导致沟内混合液的平均流速下降;推动力越大, 流速越快, 污泥在水体的悬浮与混合更充分。
2.2 氧化沟的水头损失
氧化沟当中的推动设备和转碟是导致氧化沟产生动能以及循环流量的原动力, 氧化沟沟内的混合液以循环方式流动会导致水头有一定的损失, 其中包含沿程水头损失和局部水头损失, 计算方式如下[2]。
2.2.1 沿程水头损失
通过分析明渠水力学可以对氧化沟的流态进行研究:
其中, n为沟壁粗糙系数;Q为沟内的流量, m3/s;C为谢才系数, 其中C=R1/6/n, m1/2/s;v为平均速度, m/s;R为水力的半径, m;A为水力断面面积, m2。
2.2.2 局部水头损失
氧化沟内局部水头损失包含水体循环一周当中的全部损失, 比如:涡流阻力等, 计算方式见下式:
其中, ζ为局部的阻力系数, 它将涡流阻力以及弯道的阻力系数等囊括在其内。
为了使得沟内的水和污泥的混合液能够以一种循环的方式流动, 沟内的推动装置以及沟内的转碟则需要消除局部以及沿程的总水头损失:
2.3 导流墙及挡流板
为了确保氧化沟的沟内没有污泥的沉积, 使得能量的损失降低, 需要在其中安装挡流板以及导流墙。通常需要将导流墙安装在氧化沟的弯道位置, 保证水流能够以平稳的方式转弯, 使得弯道内壁所受的冲击能够有所降低, 进而使得这个污水处理系统损失的能量有所减少, 将挡流板设置在直沟道的转碟附近的位置, 以保证横断面的流速是均匀分布的[1]。
2.4 分析氧化沟的水力流态
2.4.1 直沟道水力流动状况
1) 转碟处于运行状态下的直沟道。通过转碟的转动会导致水头的升高, 使得沟内有水位差产生, 水位差的出现会保证氧化沟当中的污水处于流动的状态。若沟深较大, 就会经过比较长的直线段以保证流速能够处于均匀的分布。所以, 在转碟之后的一段直沟的底端有很大的可能出现污泥。在实际工程当中, 会将挡流板设置在转碟的附近, 这样做是希望上层高速水流和下层水流在沟中能够以一种垂直的方式混合, 使沟底部以及沟内表面的流速梯度有所下降, 进而使得充氧效率提高。
2) 转碟未运行时的直沟道。在液流经过沟内转碟的上游和下游处的挡流板的时候, 紊动是比较严重的, 这就使得沟内的横断面的流速是均布的, 之后液流是会逐渐的趋于均匀, 但不一样的水深的位置仍然有流速梯度, 然而这个值和前段相比, 它的变化范围是比较小的。
2.4.2 弯道水力流动情况
在转弯的过程当中, 经过转碟转动的高速液流会在氧化沟的弯道处产生十分强烈的撞击, 这个时候在离心力、导流墙产生的引导力以及自身惯性力的作用下, 会导致外壁外侧的流速逐渐增高, 而其内侧的流速逐渐的降低, 导致内壁有污泥沉积, 在180°的弯道处, 因为液流的流动方向发生了很大的变化, 在横断面处产生环流, 进而导致螺旋流产生[8], 所以, 弯道后端的外侧和内侧会有沉积的污泥。在实际的工程当中, 为了使得沉积的污泥减少, 将导流墙设置在氧化沟的转折处, 保证水流以稳定的速度转弯。在多数的情况下, 在弯道的内侧设置导流墙, 以免离开弯道时中心墙侧的混合液的流动速度过低, 导致污泥出现下沉[9]。
3 计算流体力学建模原理
氧化沟是液体和固体两相流的反应装置, 液相的密度和固体的密度是十分相似的, 使用Fluent软件将流态简化[10]。氧化沟平面见图1。
3.1 流体流动控制方程
数学模型采用的控制方程如下:
连续方程:
动量方程:
紊动动能k方程:
G为产生项, 表达式为:
紊动能耗散率ε方程:
3.2 边界条件
3.2.1 曝气叶轮
在叶片半径之内这个区域的流体的流动速度和叶轮之间的相对速度是0。而其他的流体区域处在静止坐标系[10]。
3.2.2 进水口
通过无旋这种假设以及质量守恒定律可以知道, 假设流速是以一种均匀的方式分布的, 而在进水口的截面处, 耗散率、压力以及紊动动能也是以一种均匀的方式分布。
3.2.3 出水口
使用溢流这样的假定, 出口压力等于一个大气压。
3.2.4 自由水面
上部开口的表面是一种自由面, 不将水面波动考虑在内, 压力设定为大气压力值。水面的垂直流动速度是0, 而其他变量的法向梯度也是0。
3.2.5 底面和固壁面
垂向壁面的水平流速的法向梯度为0;底部壁面的垂向流速的法向梯度为0, 使用标准的壁面函数, 满足壁面质量通量为0的条件。
3.3 数值计算方法
将方程 (8) ~方程 (12) 写成通用形式:
通过使用负坡的线性化原则处理上述的方程源项, 进而确保稳定的数值解[11]。
4 讨论
给定以上方程组边界条件, 利用计算流体力学相应软件, 对上述方程进行求解[11]。分析耦合的计算结果。
根据各水深的流场图, 在对其进行转刷之后, 进入到弯道的第一个直道当中, 会有湍流的现象在水体的表面出现, 但是其沟底是比较平缓的。在弯道的位置, 在水体的表面和中部之间的位置, 也有湍流的现象出现, 会存在相对比较大的能耗区, 在通过弯道之后, 会有“死角”存在, 也就是说水体在水平方向有着比较小的流速, 进而导致混合液当中的活性污泥会存在一定程度的下沉。
根据各纵断面流场图, 在第一个直段当中, 因为沟内转刷的曝气的影响, 水体在垂直方向会存在大的流动, 并且在第二个直段的垂直流速会更大。在沟内的弯道位置, 会有比较大的垂直的涡流状况, 在这个直段有着较大的流速损失, 靠近中心墙壁处有一回水区, 避免了水中活性污泥过快下沉。
通过对各种不同工况的模拟, 对氧化沟当中的水体流动以及混合状态进行仿真的模拟。对这种系统当中沟道的内部设计进行修正, 就可以对氧化沟的多种工况流场分布进行预测, 对比多种工况, 防止污泥的下沉, 对优化氧化沟当中的设备配置, 降低工程造价, 节约运行成本有着十分重要的意义[1]。
5 结语
如何构建下一代流体工质 篇7
1 流体工质分类
热力学领域较常应用的流体工质大致分为人工合成和天然工质两类。其中,人工合成工质包括R152a,R134a,R407C,R410A等;各种天然工质包括碳氢化合物,NH3、水、空气和CO2等。
随着国际社会对环境的愈加关注,近几年为了应对臭氧层破坏和全球变暖对人类社会造成的危害,国际社会先后制订和签署了《保护臭氧层维也纳公约》、《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》、《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》等一系列国际公约。在现有流体工质的基础上,构建环境友好型工质渐成趋势。
2 有机工质的发展
流体工质的发展经历了三个阶段:第一阶段,即1830~1930年,主要采用NH3、CO2、H2O等作为工质。这些工质基本具有有毒、可燃、效率低等特点;第二阶段,即1930~1990年,主要采用CFCs和HCFCs工质;第三阶段,即1990年至今,主要是以HFCs(含氟烃)为主流工质。
同时,流体工质R22因破坏臭氧层,面临着被取代的局面。新型的替代工质主要包括人工合成型和天然型两大类。单一工质,主要有R134a,R152a。混合工质,混合工质又可分为共沸混合物、近共沸混合物和非共沸混合物三种。
目前各国都开展了替代R22工质的研究。国内外应用较普遍的空调制冷剂R22的替代物是R407C和R410A。R407C是由质量分数为23%的R32,25%的R125和52%的R134a组成的三元非共沸混合工质。R410A是R32 和R12 5 各占5 0%的二元近共沸混合物。R407C和R410A是R22的主要替代物,但它们的GWP值仍较高,对环境有一定的影响。因此,R407C和R410A只能作为R22的过渡流体工质来使用。
由于具有ODP为0、GWP<R410A等优越的环境性能,R32逐渐被认识到可以用于替代R410A。R32虽然具有一定的可燃性(A2L类,可燃性温和),但GWP值(约为675)较低,0DP为0,具有与R410A类似的良好循环性能,而且充注量小。对于R134a,欧洲国家提出了CO2作为替代工质,杜邦和霍尼韦尔公司于2009年提出了替代工质HFO-1234yf。其中,HFO-1234yf具有较小的温室气体排放,效率与R134a相当,但技术仍不够成熟(如密封技术等系列问题)。
在天然流体工质方面,氨、丙烷,CO2及其它烃的混合物最有可能成为R22的长期替代物。氨除了毒性大以外,是一种很好的流体工质。氨的最大优点是单位容积制冷能力大,蒸发压力和冷凝压力适中,制冷效率高。其ODP值为0,GWP<I。丙烷是一种在化工生产中已长期使用的非常廉价的天然流体工质。丙烷的成本低,可以从现有的液化气中直接获得,ODP值和GWP值均接近0。CO2是自然界天然存在的物质,ODP=0,GWP=1,且来源广泛、成本低廉、安全无毒、不可燃,适应各种润滑油常用机械部件材料,即便在高温下也不分解产生有害气体。同时,碳氢化合物的可燃性一直是研究时所需考虑的重点。
3 基团贡献法
流体工质的筛选大致分三种:纯流体工质进行比较分析法、两种或多种化合物混合法、分子设计法。前两种方法均是对流体工质进行宏观热物性分析,存在一定的局限性。分子设计法利用化合物分子基团对化合物各项热物性的贡献值不同,对分子进行重组,选择设计范围更广。基团贡献法即每个基团对流体工质分子结构和性能都有影响,也就是对宏观现象及特性的贡献,根据各个基团贡献值可以推算流体工质的热物理性质。
基团贡献法最早于19 8 3 年被G a n i等人提出,应用于芳香烃与石蜡烃分离的溶剂分子结构的设计,它是基于UNIFAC法原理。在1986年,基团贡献法用于溶剂分子设计过程被扩展及修正,应用更精确。1991年Gani等人将计算机辅助分子设计方法与基团贡献法结合,提高了基团贡献法的应用效率。随后,Constantinou等人在已有研究基础上提出计算机辅助产品设计方法,这种方法可以对大范围的问题进行解决。Derringer等人第一次提出利用基团贡献法与计算机辅助分子设计方法预测高聚物的性质,这种方法预测的性质与Krevelen利用经验公式的估计值吻合。为避免计算机辅助分子设计方法由于生成的分子结构限制,Gani提出一新的计算机辅助分子设计方法。这种方法结合了分子模拟技术与传统的计算机辅助分子设计方法。Pretel等人利用基团贡献法对湿法萃取的萃取剂进行选择。Marcoulaki等人结合基团贡献法与遗传算法搜索性能优异的化合物。Joback等人第一次利用基团贡献法对制冷剂分子结构进行了设计。Papadopoulos第一次应用基团贡献法对有机朗肯循环流体工质进行选择,此方法同样也结合了计算机辅助分子设计方法。这种应用较成熟的利用了基团贡献法,设计了多个目标函数,从经济性,安全性,环保性等方面对流体进行了设计。但从设计过程来看,仍存在不足,涉及到的流体主要是停留在验证分析方面,对工质的选择没有涉及。
4 典型案例
对一单级朗肯循环进行流体工质进行选择,如图1所示。以ODP值和GWP值为目标函数时,对其贡献值较大的基团如-S,=C=O,-Cl等不在入选范围。能够入选的基团包括-CH3,-CH2-等。流体工质基团数据库如表1所示。
本计算过程在计算机上利用模拟退火算法运行,运行结果有:CH3CH2CH3,CH3CH3,H2O,CH3CHF2,NH3-H2O。查物性参数可知,所得结果均为环境友好型工质。
5 结论