Technical Papers and Presentations

利用压电阻抗法获取压电材料随监测结构不同损伤状态而变化的阻抗信号来实现监测的目的，一般将压电材料粘贴于监测结构表面或者内嵌入结构，当施加交变电场于压电材料时，电场会激发压电材料产生相应的机械振动，从而对被监测的结构施加激励，不同健康状态的结构会产生不同的机械振动，而相应的振动信号会由于正压电效应而反应在压电材料的电阻抗变化中。因此通过提取不同应力状态时阻抗信号中结构的谐振或压电材料的谐振信息，建立特征频率与力载荷之间的关系，从而实现结构应力监测的目的。 模型采用四分之一对称模型，将压电片嵌于铝板之中。确定压电片的压电柔度矩阵、压电应变矩阵、相对介电矩阵 ... Read More

近年来，煤系气开采受到越来越多国家的关注。我国煤系气储量十分巨大，但其分布方式多以煤-砂互层为主，主要特点是煤层多（20-40层），单层厚度薄。若采用单层开采的方式，不仅成本高昂且收益低下。为经济高效的开采往往需要一口井贯穿十几个甚至几十个薄层区域，此时需要合采来提高效益。为了研究煤层气、致密气合采规律，基于煤层气的赋存和运移规律，综合考虑煤层气从煤层基质中解析、扩散，经由裂隙渗流到井筒的过程，结合煤层气在致密砂岩中满足达西渗流的特点，建立了耦合的煤-致互层储层两气合采数值模拟。通过采用有限元数值分析软件 COMSOL Multiphysics 进行数值求解 ... Read More

电磁辐射对燃油危害是加油站、炼油厂、油气基地等大型设施禁用手机和其他无线通讯设备的重要原因。不同于静电对燃油蒸气的危害，本文的研究重点在于分析不同频率下的射频放电击穿特性。基于射频等离子体鞘层模型，通过多物理场仿真，分析了12M~300MHz频率下的氩气射频放电过程。仿真结果表明，当激励频率大于雪崩击穿临界频率时，两侧极板附近会形成随激励周期变化的鞘层区，中心区域为准电中性的等离子体区。同时，当激励频率远小于等离子体频率时，鞘层会促进极板附近的γ电离过程；随着频率增大，鞘层特性会逐渐退化，而中心区域的α电离过程会增强。此外，放电特性曲线表明，频率越高，板间放电电压越小 ... Read More

Vapor-compression technology has been the dominant refrigeration technology for decades, due to its scalability, relatively compact size, high reliability, and other attributes. However, the refrigerants used in vapor-compression equipment have detrimental effects on the global ... Read More

改进拉链式压裂技术是将拉链式压裂和交替压裂相结合，第2口井中产生的裂缝处于第1口井产生的两条裂缝之间，具有更大的应力干扰作用范围，储层改造体积更大。在开采过程中，两口井裂缝区域存在缝间干扰，明确裂缝干扰区域的渗流场及基质、裂缝间地层压力变化规律十分重要，对压裂施工中压裂位置的优化具有重要意义。 忽略储层厚度及温度的影响，采用二维模型，建立了页岩基质，天然裂缝，人工裂缝的多重介质渗流耦合模型，描述了页岩气生产过程中的页岩气流动状态。改进拉链式压裂井模型如图1，地层为300m×400m的矩形区域，人工主裂缝间距50m，井筒近似为直线，二者差集为图1的模型 ... Read More

钻井作业中，为保证工程安全、高效和经济的钻进，需要用到很多井下工具。本工作中，研究了井下工具推靠块在不同工况下的受力情况，推靠块前缘曲率的设计，是优化应力集中问题的关键。基于优化与成本的双重考虑，优化了前缘面的变曲率参数。此外，基于COMSOL Multiphysics开发了仿真APP。该APP可以实现对推靠块几何、材料参数和工况的仿真研究，并绘制应力和位移云图，为非专业人士的使用提供了便利，降低了仿真成本。 Read More

人体的组织和器官处于正常与病变状态的电导率存在差异，通过组织电学特性的改变有望早期发现生理、病理异常，为疾病早期诊断提供数据支持。磁声电成像是一种新兴的电学成像方法，置于静磁场和声场中的目标体受到洛伦兹力的作用，而产生电荷分离，进而在目标体中形成随超声传播而变化的电流分布，通过电极或线圈检测实现信号的测量，进一步实现电特性成像。在进行电特性成像过程中，电流密度的分布对于磁声电成像系统的设计意义重大。 本文以COMSOL Multiphysics 仿真计算平台为基础，使用声学、结构力学、AC/DC模块搭建磁声电成像有限元计算模型，声学模块用于计算声场分布 ... Read More

X80管线钢焊接接头因不同组成部分电化学性质的不均一性，在服役过程中易发生局部腐蚀而失效，引发严重的事故。本文借助COMSOLMultiphysics®软件对X80钢模拟焊接接头的电偶腐蚀行为进行了数值模拟。利用 腐蚀模块中的“二次级电流分布”接口和“变形几何”接口， 计算域为10mm×50mm的矩形区域，即溶液的厚度为10mm，焊接接头的长度为50mm。除了计算域的底部之外，边界条件是绝缘和固定的，即溶液/钢界面设置为自由边界。采用三角形网格划分求解域，并对电极表面的网格进行了单独细分以提高求解精度。结果表明，数值模拟的结果与实测结果具有较好的一致性 ... Read More

管道运输在现代运输业中占有相当重要的地位，是石油、天然气远距离运输最主要的手段。为保障管道的长期安全运行、降低其腐蚀失效的风险，对其进行有效的腐蚀检测势在必行。电场指纹法（Field Signature Method，FSM）作为一种新型的无损检测技术，拥有适用范围广、监测精度高、使用寿命长等优势，安全性、敏感性和灵活性都比大多数非破坏性监测手段好，近年来在油气田及石油炼厂等领域有大量应用。但在电场指纹法中，对于局部腐蚀尤其是各种类型的点蚀的精确检测一直是腐蚀检测中的难点。本文应用了COMSOL软件的AC/DC模块进行数值模拟 ... Read More

我国每年产生超过四千万吨含水率超过80%的工业污泥。污泥电解脱水（SED）是污泥减量化处理和资源化回收前的有效方法之一，该技术在脱水的同时也会伴随可溶性离子的迁移。为了理解和预测电解污泥脱水过程中可溶性离子迁移分布规律，利用Comsol Multiphysics软件中三次电流分布接口模拟了不同电场强度作用下SED过程中污泥脱水过程中金属离子Na+和K+的动态迁移分布变化过程。在模型设置中电极表面动力学符合Butle-Volmer方程，迁移率符合Nernst-Einstein关系，温度数据采用实验所得数据的插值函数，使用域探针计算泥饼上、中、下各层离子量。仿真结果显示 ... Read More