流体控制技术综述汤明海

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纳米流体控制技术的研究和应用

纳米流体控制技术的研究和应用在现代科技发展的进程中，纳米流体控制技术是一项备受关注的领域。

它能够在微观尺度下，控制流体的流动和分布，达到精细化、智能化的控制水平。

在医学、能源、环保等领域中，纳米流体控制技术都有着广泛的应用。

本文将探讨纳米流体控制技术的研究和应用，以及其未来发展的前景。

一、纳米流体控制技术的研究纳米流体控制技术是指利用纳米技术和流体力学知识，控制微米和纳米尺度下流体的流动和分布。

其主要研究内容包括纳米物理学、纳米生物学、流体力学、热力学等领域。

纳米流体控制技术主要通过设计和制备特定形状、尺寸和表面结构的纳米结构，来调控流体的流动、传热和反应等过程。

纳米流体控制技术的研究成果主要表现在以下几个方面：1. 纳米多孔材料的制备和应用纳米多孔材料具有高比表面积和优良的吸附、分离性能，可广泛应用于催化、吸附分离和传感等领域。

通过模板法、自组装法、溶胶凝胶法等技术，可以制备出具有纳米孔道结构的多孔材料。

如二氧化硅、氧化铝等，它们的孔径大小和形状可以通过所使用的模板材料和制备方法调控。

此外，纳米多孔材料还可以通过包覆功能分子、聚合物等，实现对其性能的进一步优化。

2. 纳米流体传输的调控纳米流体的传输受到各种微观因素的影响，如表面张力、毛细效应、电静力等。

通过设计并制备具有纳米结构的通道或表面，可以调节其表面张力和润湿性，从而实现非常细微的流体传输，如微型液滴的控制、微流体混合和分离等。

3. 纳米反应物的传输和反应纳米流体控制技术还可以用于调节纳米反应物在微观尺度下的传输和反应。

以纳米催化剂为例，利用其高比表面积和优良的催化性能，可以实现高效率的化学反应。

通过纳米结构的设计和制备，可以控制催化剂的活性中心形态和尺寸，进而调节其催化性能。

二、纳米流体控制技术的应用随着纳米流体控制技术的发展，其在诸多领域中得到了广泛应用。

1. 医学领域在医学领域中，纳米流体控制技术可用于药物传输、医学成像和治疗等方面。

21379706_深海采矿系统软管应用现状与技术挑战

深海采矿系统软管应用现状与技术挑战!汤明刚张正伟吴!波陈!超顾学康!中国船舶科学研究中心"无锡"!'&("$摘要!海洋柔性管道是深海矿产资源开发中重要的提升和输运装备'本文从深海矿物开发模式)输送介质和自身可靠性等方面系统地阐述了柔性管道的应用需求"列举了两类深海采矿软管的应用现状与技术特点'为了满足深海采矿要求"探索提出了深海采矿系统软管的技术研制路线"并详细介绍了该系统软管所面临的整体应用)截面设计)建造与测试等技术挑战"为我国深海采矿系统软管的自主研制提供技术参考'关键词!深海采矿#柔性管道#应用现状#技术路线#技术挑战中图分类号 )*''/"文献标志码 ,文章编号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引!言矿产资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础'随着陆上有限矿产资源的不断开发"预测"&"&年我国所需的!-种主要矿产品将出现短缺或严重短缺"而深海中矿产资源储量丰富"深海矿产资源开发具有重要战略意义和国家公共利益属性*!+'在已发现的深海矿产资源中"对人类生产生活有重大应用价值的主要有多金属结核)富钴结壳和多金属硫化物等"它们普遍以不规则几何形状存在于水深#&& %&&&O 的国际海底*"+'世界各国都可以向国际海底管理局!R A ,$申请海洋勘探权"并遵循%谁有能力谁先开发&的原则"引起世界范围的%深海圈地运动&'截至"&!%年'月"R A ,已核准国际海底矿区勘探申请总计"*份"其中包括中国的太平洋V .V 区多金属结核矿区等'份*#+'但海洋勘探合同到期后"若没有进行开发则要放弃勘探面积"因此迫使我国现阶段加快开展深海采矿作业'深海采矿的核心在于开发建设成体系的深海采矿作业装备*'+'我国从%十五&逐步开展深海采矿相关研究"当前已完成部分单体工程技术"如多级离心泵送技术的海试#全球首制深海采矿船%鹦鹉螺新纪元&号于"&!(年#月在福建马尾船厂正式下水'但是距离国外在深海多金属结核采矿技术方面仍存在较大差距"尤其是柔性管道等深海采矿配套系统的!!基金项目国家自然科学基金项目!+!*&-"'"$作者简介汤明刚!!-(*,!$"男"博士"高级工程师"主要从事海洋柔性管缆和浮式平台相关研究'第%卷!第%期!"&!-年!"月海洋工程装备与技术[V \,]\]^R ]\\_R ]^\C X R )F \]E ,]YE \V `][>[^3a 0I /%"]0/%Y 1M /""&!-*%+&.&%-*%%!-海洋工程装备与技术第%卷技术开发*++'@!深海采矿系统技术方案深海采矿作业需要将分散于超深水海床表面上的多金属矿物等进行不断采集"然后将采集到的矿物传送至水面"通过水面支持保障系统进行处理后再进行外输"因此不同的作业阶段需要不同的专业系统设备来完成'国际上先后提出了多种深海采矿系统技术方案*%+"如表!所示'可以看到"管道提升式深海采矿系统将海底采矿车收集到的矿物通过扬矿管道泵送至水面支持船来完成采矿作业"相对其他方案具有较高的效费比和技术可行性"是当前国际上主要的深海采矿技术方案'表@!深海采矿系统技术方案对比8'4B@!8'4.,1#1.,#0E0:.#69技术方案技术特点年份国家效费比技术可行性拖斗式单铲斗由水面船拖带!-%&美国非常低较可行连续绳斗式单船沿绳提升多铲斗!-%*日本一般较差连续链斗式双船沿链提升多铲斗!-*"法国一般一般穿梭艇式由艇携带矿物往返!-*-法国非常低较可行管道提升式矿物由管道泵至水面!-*(美日加德较高可行!!我国经过多年的研究对比"也确定了类似的深海采矿系统"即%海底履带自行水力集矿机采集,水力管道矿浆泵提升,海面采矿船支持&的深海采矿系统"如图!所示'该技术方案主要包含采集系统)扬矿系统和支持系统三大部分*#+"由于海底采矿车需要进行大范围行走作业"同时考虑水面支持船受到海洋环境影响而不断运动"因此扬矿系统必须采用海洋柔性管道以提高其边界顺应性和运行安全'A!深海采矿软管的应用需求与现状海洋柔性管道是一类具有较小弯曲半径)抗腐蚀)设计空间大等优点的输运装备"通常应用在深水油气资源开发中**+'深水矿产资源开发由于其开发模式)输运介质)自身可靠性要求的不同"而对柔性!4$!@$图!!管道提升式深海采矿系统示意图!4$扬矿钢管i软管!!@$扬矿软管!!,深海采矿船#",扬矿泵##,扬矿钢管#',中继舱#+,浮力模块#%,软管#*,采矿车$H89/!!A M B1O428M P849K4O0=;8;1I8=2859.2T;1P11;.L14O85859L T L21O!4$>8=2859L211I;8;1i=I1J8@I1;8;1!!@$I8=2859=I1J8@I1;8;1 !!,Y11;.L14O85859L B8;#",I8=2859;7O;##,I8=2859L211I;8;1#',K1I4T859O0P7I1#+,=I042859O0P7I1#%,=I1J8@I1;8;1#*,O85859S1B8M I1$管道提出了更加严苛的要求'"/!!深海采矿作业对软管的使用要求A B@B@!开发模式在深海油气开发浮式生产系统中"海洋平台)柔性立管与海底井口设施之间没有附属关系"当安装完成后均在位运行"直到设计寿命结束#但在深海采矿系统中"海底集矿系统和扬矿管道系统均依附于水面工作母船"并随着母船位置的不断转移而进行反复地布放和回收'因此该系统柔性管道在"+年的使用周期内"需要系统考虑采矿船内存储)安装布放)在位应用)回收等多个环节的安全可靠性"同时要求其设计具有一定的通用性"可以满足一定范围海域环境内的使用要求'A B@B A!提升模式深海采矿不同提升模式对软管的应用需求不同'加拿大鹦鹉螺矿业公司!]4728I7L F851K4I L$采用扬矿模式"如图!!4$所示"在一定水深处设置矿物中继舱"采矿船与中继舱之间通过钢管连接"而采矿车与中继舱之间通过软管连接'该模式下通常采用水力提升方式"即在钢管局部设置多级泵组"尽管效率较高且控制力强"但对泵组设备的要求非常高"同时该模式仅一部分采用柔性管道'海王星矿业公司!]1;2751F851K4I L$采用的扬矿模式如图!!@$所示"采矿船直接通过数公里长整根柔性立管与采矿车连接"该模式下可采用气力提升方式"尽管能耗较第%期汤明刚"等.深海采矿系统软管应用现状与技术挑战-*%*!-!大但没有泵组"工艺实现较为简单'A B @B C !应用海域海洋多金属结核矿物通常分布于太平洋中西部)印度洋西南部等水深#&&& +&&&O 范围内"因此要求柔性管道应能够在该类海域环境和超水深范围内安全作业'A B @B P !输送介质在深海采矿作业过程中"柔性管道与海水联通"通过泵组形成的负压将矿物提升'海底矿物颗粒状浆体既含有从海底集矿车带来的海底沉积物和采矿车破碎)提升过程中矿物粉化)磨损产生的细颗粒"又含有粒径可能达+&OO 的粗大矿物颗粒"矿物的粒级组成十分宽广'深水油气资源和矿产资源开发对软管设计的具体需求指标对比如表"所示'表A !深海采矿与油气开发中柔性管道需求对比8'4B A !I "&/'(#6"04,1>,,0'//.#7'1#"0(,O%#(,&,016"**.,3#4.,/#/,6%6,!#0!,,/T 6,'&#0#0:'0!"#.'0!:'6!,-,."/&,01需求要素深海采矿柔性管道深水油气开发柔性管道应用水深+&& %&&&#&& #&&&O 输送介质矿物颗粒和泥浆石油或天然气介质温度f "l !&l %&l !#&l 内压力&/!`)4 f &/+F )4"&F )4 !'&F )4通用性应具备一定范围海域和应用条件内的应用能力需要针对不同海域)不同应用条件进行专门设计定制可靠性考虑多次铺设)在位与回收条件"应用不少于"+年在位应用不少于"+年"/"!海洋柔性管道应用现状目前应用于深海采矿系统中的柔性管道主要分为粘结橡胶管和非粘结管两类'粘结橡胶管由于制造工艺发展较早且较为成熟"较为普遍地应用于深海采矿#而近些年来"非粘结型柔性管道在深海采矿系统的应用逐渐得到重视'A B A B @!粘结橡胶管 2.,3#4.,9"6, "&世纪*&年代"美日加德![F R $在水深超过+&&&O 的多金属结核飞行采矿试验中"采用管道提升式采矿系统与水利提升模式"同时单根粘结橡胶管连接海底集矿设备和钢制立管底端'"&世纪(&年代中叶"^\F [][Y 组织在超过+&&&O 深水海域试验了%扬矿钢管i 软管&模式的管道提升式采矿系统"采用粘结橡胶管长为%&&O "内径为!+85"在海底采矿车与中继舱之间呈现拱形以吸收采矿系统的相对运动'!--*年"日本在西太平洋马卡斯岛东南海山附近的""&&O 海域中"开展了拖曳式集矿试验"也采用一段柔性橡胶管连接海底采矿设备'粘结橡胶管是粘结型软管的一种"它由双数层细钢丝加强层和橡胶护套层复合而成!见图"$'根据硫化制造工艺与标准"管道需要进行分段制造后再进行连接"每段长度通常约为!&O "内径为' #%85"弯曲半径可以达到'倍管道内径'该类型管道在内部真空条件下可以承受的外部压力通常不超过"/+F )4"但需要指出的是"深海采矿软管由于下部与海底采矿设备连接"管道内部与外部保持联通"因此管体无需承受超水深带来的巨大外压作用"但应保证管壁的安全可靠"这与传统油气资源开发中需要管道在内部真空条件下承担外部高压力的应用明显不同'目前"该类管道的主要制造厂商为瑞典的E K 1I I 1@0K 9)德国的Y 75I 0;)美国的^00P T14K 以及日本的30U 0B 4O 4等公司"都具有较为丰富的制造与使用经验#国内制造厂商主要有辽宁维航和河北欧亚"在深海采矿中的应用仍处于探索阶段'图"!粘结橡胶管道截面示意图H 89/"!A M B 1O 428M P 849K 4O0=M K 0L L L 1M 2805L 0=2T ;8M 4I @05P 1P =I 1J 8@I 1;8;1L A B A B A !非粘结管 H 04"0!,!/#/, 法国E 1M B 58;公司为全球首制深海采矿船%鹦鹉螺新纪元&号管道提升系统设计配套的柔性管道采用了非粘结型管道'该类型管道通常由金属骨架层)抗压铠装层)抗拉铠装层)聚合物内外护套层等非粘结复合而成"如图#!4$所示"目前普遍用于深水油气资源开发'层间非粘结的管道由于制造工艺优势相比于粘结管道可以连续成型"因此降低了管段连接失效风险'目前该类型管道设计的最大内径为!-85"最大抗内压为!'&F )4"可以在内部真空-*%(!-海洋工程装备与技术第%卷条件下应用于近#&&&O 水深'非粘结软管主要由法国E 1M B 58;)美国^\.?1I I L 2K 14O 和挪威][a 等国外三大供应商垄断#国内起步较早的制造厂商主要有天津海王星)河北恒安泰等公司"但目前也仅限于应用在浅水油气田开发'为了进一步降低管道重量并增强力学性能"金属钢丝构件逐渐被玻璃纤维)碳纤维等高强度纤维材料替代!见图#!@$$'作为该类型管道设计的拓展"其对于深海采矿系统的可应用性应当得到重视'!4$!@$图#!海洋典型非粘结柔性管道截面示意图!4$金属加强!!@$纤维增强H 89/#!A M B 1O 428M P 849K 4O0=M K 0L L L 1M 2805L 0=2T ;8M 4I 75@05P 1P =I 1J 8@I 1;8;1L !4$O 124I .K 185=0K M 1P ;8;1!!@$=8@1K .K 185=0K M 1P ;8;1应用于深海采矿系统的柔性管道类型及技术特点对比如表#所示'表C !深海采矿柔性管道技术特点8'4B C !8,790#7'.79'('71,(6"*1)/#7'.*.,3#4.,/#/,6管道类型粘结管!@05P 1P $非粘结管!75@05P 1P$材料钢丝i 橡胶高强钢(纤维i 聚合物层间粘结非粘结内径' #%85" !-85压力!/+F )4 "/!F )4*F )4 !'&F )4温度f "-l ("l !#&l 水深!内部真空$& "+&O "-+&O 寿命"&年"+年加工长度-/! !"/"O连续成型C !深海采矿系统软管技术挑战考虑深海采矿系统对软管的严苛要求和现阶段软管的概念类型"为实现深海采矿软管的研发应用"还需解决软管应用)截面设计)制造测试等一系列关键技术问题'本文探索性提出了深海采矿系统软管研发技术路线"其中关键技术挑战具体展开如图'所示'图'!深海采矿系统柔性管道关键技术流程图H 89/'!E 1M B 58M 4I =I 0QM B 4K 20==I 1J 8@I 1;8;185P 11;.L 14O 85859#/!!深海采矿软管应用技术!!$软管选型'当前柔性管道类型较多"需要根据深海采矿对软管的具体技术要求以及当前各类软管的技术特点进行匹配和适用性分析"进而选择确定软管截面概念'!"$整体线型设计'考虑柔性管道边界存在较大的位移"为保证其整体顺应性与运行安全"需要对柔性管道在水中的整体构型!如悬链线)Q 4S 1型等$进行优化设计及浮筒等附件装备的布局优化"使得管道各部分所受载荷均在控制范围内'!#$水面船体,立管,海底车整体耦合性能分析'水面船体和海底采矿车的同时运动)海洋环境第%期汤明刚"等.深海采矿系统软管应用现状与技术挑战-*%-!-!影响都将对柔性立管响应产生重要影响*-+"因此需要建立整体耦合模型"进行不同工况下的综合性能分析'其中船体与立管的耦合运动及载荷可依靠当前细长结构物水动力载荷计算方法!如F0K8L05公式$和计算软件!如[K M4=I1J$来完成评估"而采矿车与立管的耦合运动可采用准静态方法进行评估'!'$内流,外流耦合响应分析'内部矿浆介质流动行为和外部流场会对柔性管道整体构型产生影响"而柔性管道线型的变化又会影响内部流场的行为"因此是典型的流场动边界的强耦合问题'当前对于软管各种固定线型下的内部流场行为已有初步研究*!&.!!+"但是考虑真实情况流场动边界理论模型还需要进一步开发'!+$a R a与波激疲劳耦合分析'超深水应用的柔性立管由于水流的作用会产生涡激振动!a R a$"同时由于船体和波浪的作用也会使得柔性立管局部产生周期性载荷"两者都对柔性立管疲劳寿命产生影响且彼此耦合'当前工程上解决方法是在频域内将两者贡献进行叠加**+"但会出现偏危险情况"因此当前急需在时域范围内探讨a R a与波激引起的立管疲劳耦合分析方法'#/"!深海采矿软管截面设计技术当软管截面概念确定后"需要对各层材料与结构参数进行详细设计"使其在深海采矿作业载荷下保证管体安全可靠'由于管道内部输送不同颗粒尺度的矿浆"因此对管道内壁将产生较大磨损"需要从材料等角度进行耐受设计'深海采矿立管悬挂于采矿船或中继舱"由于受自身重力和海底采矿车大幅运动的影响"将会在悬挂端形成显著拉伸力#同时超深水环境下"管壁将受到非常大的外部压力作用#在立管局部"可能由于同时受较大拉力)外压和交变大曲率变化作用而出现疲劳失效"而管道的多次布放与回收也会使得管道加速疲劳'这些都是深海采矿立管结构设计中应特别关注的问题"需要进一步开发专门理论工具进行性能预测和校核'#/#!深海采矿软管制造与测试技术!!$连续成型'按照采矿软管截面设计实现精确且连续成型制造是实现软管成功应用的重要基础'需要着重解决管道各层精确成型工艺)过程模拟及控制等相关技术问题"并进一步引入人工智能技术"实现未来的连续智能成型'!"$接头'采矿软管接头是保证管段连接性能与内部矿浆完整性的重要装备'由于其管体本身具有不同层级"因此实现不同工况下接头的密封)连接等安全可靠性将是接头开发面临的技术挑战"应确保接头发生失效风险的概率低于管体本身'!#$模拟实际工况测试'深海采矿柔性管道由于上下边界运动)输运介质和海洋环境的影响而受到复杂载荷同时作用"依靠计算机或模型试验很难进行充分预测"因此需要进行实尺度模拟实际工况测试直观检验软管适用性与安全性'比如模拟整根立管上部响应的拉弯压组合疲劳试验)模拟中继舱至采矿车段柔性管道在采矿车运动和内部介质流动共同作用下的响应试验等"该类试验通常需要较大的试验装备进行保障'!'$海上演示验证'为了实际检验深海采矿软管的技术效果"通常需要在真实海域进行实尺度演示验证'该类试验成本较大"且通常需要与其他采矿系统联合验证"因此软管演示验证方案也将成为测试关键技术之一'P!结!语海洋柔性管道是国际主流管道提升式深海采矿系统技术方案中扬矿系统所必需的关键装备"用以提高对海底采矿车等运动边界的顺应性'深海采矿系统软管需要依附于深海采矿船进行存储)布放)在位应用与回收"且根据提升模式可以采用整根或部分柔性管道"管道需要应用于水下%&&&O海域同时输送具有较大粒级的矿物泥浆"这些都对深海采矿系统软管的设计应用提出了具体要求'当前粘结橡胶管已较为广泛地应用于深海采矿系统"但非粘结软管的应用潜力不能忽视"同时给出了两类柔性管道的截面特征与技术参数'为了实现软管概念与实际应用的链接"本文探索性提出了深海采矿系统柔性管道技术流程"同时对水面船体,立管,海底车整体耦合性能分析等应用技术)抗磨损与抗耦合疲劳等截面设计技术)管体连续成型与模拟实际工况等制造测试技术进行了详细介绍"并提出了相关技术解决建议"为我国深海采矿系统软管的自主研制提供技术与策略参考'参考文献*!+简曲"陈新明/"!世纪中国的大洋多金属结核工业开采*6+/中国矿业"!--*"%!#$.!%.!-/6845C7"V B15:85O859/V B854/L M0OO1K M84I O858590= P11;L14;0I T O124I I8M50P7I1L=0K"!2B M1527K T*6+/V B854 F85859F494D851"!--*"%!#$.!%.!-/-**&!-海洋工程装备与技术第%卷*"+阳宁"陈光国/深海矿产资源开采技术的现状综述*6+/矿山机械""&!&"#(!!&$.'.-/3459]859"V B15^7459970/A2427L N7045P P1S1I0;O152 2K15P15M T0=P11;L14O851K4I LO8585921M B50I09T*6+/F85859 F4M B851""&!&"#(!!&$.'.-/*#+杜新光"官良清"周伟新/深海采矿发展现状及我国深海采矿船需求分析*6+/海峡科学""&!%!!"$.%".%*/Y7:8597459"^745>8459N859"Z B07?18J85/Y1S1I0;O152 L2427L0=P11;L14O8585945PP1O45P454I T L8L0=P11;L14 O85859S1L L1I L85V B854*6+/A2K482A M815M1""&!%!!"$.%".%*/*'+刘少军"刘畅"戴瑜/深海采矿装备研发的现状与进展*6+/机械工程学报""&!'"+&!"$.(.!(/>87A B40G75">87V B459"Y4837/A2427L45P;K09K1L L05 K1L14K M B1L45PP1S1I0;O152L0=P11;0M145O858591N78;O152L *6+/607K54I0=F1M B458M4I\598511K859""&!'"+&!"$.(.!(/ *++陈新明/中国深海采矿技术的发展*6+/矿业研究与开发""&&%""%!Z!$.'&.'(/V B15:85O859/Y1S1I0;O1520=P11;.L14O8585921M B50I09T85 V B854*6+/F85859_1L14K M B45PY1S1I0;O152""&&%""%!Z!$.'&.'(/*%+A21K U_"A21856c/A14@1P F851K4I_1L07K M1.,_1S81Q0= V7K K152F851K4I_1L07K M1L45P 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光流体颗粒捕获和处理

光流体颗粒捕获和处理发表时间：2020-06-10T12:09:00.820Z 来源：《教学与研究》2020年第7期作者：翟玉翠[导读] 在微流体中的光捕获和生物微纳米粒子的精确控制提高微系统的分析能力摘要：在微流体中的光捕获和生物微纳米粒子的精确控制提高微系统的分析能力，因为粒子能够传递和控制在传感/成像位置，而不是依靠简短，短暂的相互作用。

力图，在微流体通道中的力可以被用来控制细胞成像位置或者在传感区域聚集生物分子来提高检测极限。

另外，基于等离子体捕获可以利用等离子体传感器捕获被分析的粒子。

本文论述了光捕获与处理，强调了光流体在加强分析性能的应用，讨论了光流体在生物/化学分析方面的潜在进展。

关键词：光流体技术，光捕获。

光流体方法与光流体传感的结合导致微系统中的生物微纳米粒子分析的固有的集成方法。

许多近期报道的光流体粒子处理技术和包含的物理机理都在Schmidt 和Hawkins的相关评论中被谈到，也在一些相关评论上出现。

下面我们将介绍选择已被证明的生物应用微纳米粒子的光流体操作的应用。

ARROW液体核波导装置已经被强调了由于其独特的光流体性能允许光沿着样品的微流体通道传播。

Kuhn等人最近运用ARROW构造作为针对包括大肠埃希氏大肠杆菌细菌小粒子低能光流体捕获。

如图3a所示，光耦合进入每个光流体波导端部；光能量梯度导致波导损失捕获力朝向通道的纵向中心。

此外，固体波导位于垂直和邻近ARROW，可以分析捕获粒子的荧光光谱。

在最近的设计中，作者减少了捕获所需的光能量至接近1μW，显著低于典型的光镊系统。

还可以预想一系列对于集成光流体捕获和分析装置有趣的应用，如当抗生素通过该通道传递监视一个特定病原菌的完整性，或动态地记录一个被困生物受体的配位体的结合。

有一种利用光谐振器的特性替代创建高光能量梯度来在微流体环境中捕获粒子的方法。

在这篇文章的前面，我们描述了以为光子晶体谐振腔如何来反射耦合到波导中进行反射率传感。

《自动化仪表与过程控制》课程教案

大学教案(首页)院(系)：电子工程教研室(系)：自动化大学教案学时：2学时：4学时：4大学教案学时：2本章思考题和习题习题：1-5思考题：哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的思考题：电容式差压变送器测量部分如图所示，问其中哪部分是作为测量膜片的电容动极片？主要参考资料范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题某流量自动控制系统，用纯比例控制器进行控制。

图示为采用不同比例度时系统的过渡过程（其中曲线b、c为比较满意的控制结果）。

试判断四条过渡过程曲线中哪一条对应的比例度最大？A 曲线aB 曲线bC 曲线cD 曲线d主要参考资料历玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社赵玉珠，《测量仪表与自动化》，石油大学出版社张宝芬，《自动检测技术及仪表控制系统》，化学工业出版社周泽魁，《控制仪表与计算机控制装置》，化学工业出版社康光华，《电子技术基础》，高等教育出版社备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题习题：4-3，4-5思考题：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐内液体严禁溢出。

当选择流出量Q 为操纵变量时，其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？（A）气关式、正作用（B）气开式、正作用（C）气关式、反作用（D）气开式、反作用主要参考资料历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编《.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：241。

流体控制发展现状

流体控制发展现状流体控制是一门研究流体运动和流体力学规律的学科，它在工程技术领域有着广泛的应用。

随着科技的不断发展，流体控制技术也在不断创新和进步。

本文将从不同的角度介绍流体控制的发展现状。

一、传统流体控制方法传统的流体控制方法主要包括机械控制和电气控制。

机械控制是通过调节阀门、泵等机械装置来控制流体的流动。

电气控制则是通过电动机、电磁阀等电气设备来实现流体的控制。

这些方法在很长一段时间内被广泛应用于各个行业，但随着科技的进步，人们发现这些方法在某些特定情况下存在一些问题，比如控制精度不高、能耗较大等。

二、现代流体控制技术随着科技的不断进步，现代流体控制技术得到了广泛的应用和研究。

其中，液压控制和气动控制是两个重要的现代流体控制技术。

1.液压控制液压控制是利用液体的力学性能来实现流体控制的一种技术。

液压控制系统由液压泵、控制阀、执行器等组成。

它具有控制精度高、功率密度大、响应速度快等优点，在机械制造、航空航天、冶金等领域得到广泛应用。

近年来，随着液压元件和系统的不断改进和创新，液压控制技术在精密控制领域的应用也越来越广泛。

2.气动控制气动控制是利用气体的力学性能来实现流体控制的一种技术。

气动控制系统由压缩空气源、控制阀、执行器等组成。

气动控制具有响应速度快、控制精度高、可靠性好等优点，广泛应用于自动化设备、工业生产线等领域。

三、新型流体控制技术除了传统的液压控制和气动控制技术，近年来出现了一些新型的流体控制技术。

1.电液控制电液控制是将电气控制和液压控制相结合的一种技术。

它利用电液转换器将电能转换为液压能，实现对流体的控制。

电液控制具有控制精度高、动态性能好等优点，在航空航天、工程机械等领域得到广泛应用。

2.智能流体控制智能流体控制是将计算机和传感器等智能设备应用于流体控制系统中，实现对流体行为的智能化控制。

智能流体控制技术具有控制精度高、自适应性强等优点，可以实现对复杂流体系统的精确控制。

四、流体控制的应用领域流体控制技术在各个领域都有广泛的应用。

应用化学领域中的微流体技术研究

应用化学领域中的微流体技术研究微流体技术是一种研究微小流体系统的方法，该技术已经在许多领域中得到了广泛应用。

在应用化学领域，微流体技术可以用于制备新型材料，研究化学反应动力学和构造微型分析系统。

这篇文章将介绍应用化学领域中的微流体技术研究。

一、微流控制造新型材料微流控技术在制备新型材料方面具有很大的潜力。

通过在微流控平台上控制化学反应的过程，可以在微米到毫米尺度范围内制备各种形状和尺寸的材料。

例如，使用微流控技术可以制备具有优异表面性能的纳米颗粒和高度定向的微纳米结构。

此外，微流控技术还可以用于制备催化剂和流体动力学所需的特定结构，以提高反应效率。

二、微流控测定化学反应动力学微流控技术可以通过在微流系统中控制反应条件，研究化学反应的动力学特性。

这种技术可以通过控制反应条件来研究反应速率和反应物浓度之间的关系，以及改变温度、光照和化合物浓度对反应产率的影响等。

在研究动力学特性时，使用了所谓的“单下降区域”方法，该方法可以通过在微流体中控制反应过程来测定化学反应的速率常数。

三、构建微型分析系统微流控技术可以用于构建微型分析系统，实现快速的分析检测，可用于药物筛选、环境分析等领域。

微流体技术可以在微米尺度上温和、精确地控制反应流体的流动，从而实现小样本、低噪声、高通量的分析。

典型的微型分析系统还包括微型色谱仪、微型质谱仪、微型电泳仪等微型仪器，利用这些微型仪器可以快速、高效地进行分离和检测。

例如，选择性电离探测器在细胞内制备离子因子的测量中得到了成功应用，为后续的生物医学研究提供了很好的手段。

四、微流控技术中的挑战尽管微流控技术在应用化学领域中已经取得了许多进展，但是该技术仍存在一些挑战。

例如，处理微小液滴的问题是一个重要的挑战，因为微流体系统中的液滴太小，难以准确测量。

此外，开发新的微米尺度的化学反应器件和分析仪器也是一个挑战，需要更多的研究工作来推动该技术的不断发展。

综上所述，微流体技术在应用化学领域中有着广泛的应用前景。

8-非牛顿流体流动-72

幂律关系式同样也可以用于描述胀塑性非牛顿流体，只要选择不同的稠度系数和流动指数。胀塑性非牛顿流体的流动指数总是大于1。不规则形状固体颗粒悬浮于液体的稠流体就属于这种流体，其胀塑性随浓度迅速变化，浓度低时可能呈现拟塑性流动特性，浓度高时其可能呈现胀塑性非牛顿流体流动特性。
2.粘塑性非牛顿流体
宾汉塑性流体是指在剪切速率超过一有限值后才流动，并且随后其应力应变关系呈现线性关系的一类非牛顿流体。石蜡、沥青、某些钻井液、漂浮在空中的灰尘悬浮液和下水道中排放的污液都属于宾汉流体。宾汉流体的本构方程为:
第八章
非牛顿流体流动
§1 非牛顿流体的流变特性 §2 拟塑性流体在圆管中的层流运动 §3 宾汉流体在圆管中的层流运动 §4 粘弹性流体在圆管中的不稳定层流运动 §5 拟塑性流体在环空中的层流运动 §6 非牛顿流体在圆管中的湍流运动
《高等流体力学》
汪志明教授
1/72
§1 非牛顿流体的流变特性
任何流动问题的数学描述都建立在力学的一般性原理基础上。这些原理都可以用平衡方程来描述。流体对机械作用的响应不仅依据于这些守恒律，而且取决于该种流体的特性，这种响应称之为物质的应力应变关系（或以流变曲线的形式给出），而这种应力应变关系称之为流体的本构方程或流变模式。尽管物质系统都遵守质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，但现实的问题是守恒方程的数目常少于未知数数目。严格意义上，一种特定的本构方程只适用于一种假设的模型化的流体。因此本构关系的建立相当于定义一种假设的流体模型，即用一种近似的方法描述某一特定流体的流变行为。
增大，那么我们称之为振凝性流体。最常见的实例就是鸡蛋白。尽管振凝性流体作为压裂液是有用的，但与触变性流体相比，振凝性流体不太常见。

流体力学与热工基础郁岚 -回复

流体力学与热工基础郁岚 -回复1.流体力学是研究流体在静止和运动状态下的行为和性质的学科。

2.热工学是研究热能转换和能量传递的学科。

3.流体力学与热工学是工程学中非常重要的基础学科。

4.在工程设计和实际应用中，流体力学与热工学起着关键的作用。

5.热工学研究的内容包括热力循环、热传导、传热和热能转换等方面。

6.流体力学研究的内容包括流体力学基本定律、流体的流动和流体运动边界等。

7.在热工学中，多相流动和相变等问题也是需要考虑的重要因素。

8.在流体力学中，涡旋和湍流等现象对流体运动有重要影响。

9.流体力学与热工学的基础理论为各种工程问题的解决提供了依据。

10.运用流体力学和热工学的理论，可以进行热力学分析和流体力学模拟。

11.流体力学与热工学的应用领域包括航空航天、能源、化工和环境等。

12.在航空航天工程中，流体力学和热工学的基础理论是设计和性能分析的重要依据。

13.能源行业中，使用流体力学和热工学的理论可以进行能源转换和传输的优化。

14.化工工程中的许多过程包括流动、传热和相变等，需要应用流体力学和热工学的知识。

15.环境工程中，流体力学和热工学可以用于模拟大气和水体的运动和传热过程。

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17.郁岚是一本流体力学与热工学的基础教材，内容全面、系统。

18.郁岚中介绍了流体静力学、流体动力学和热工学的基本概念和原理。

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20.郁岚配有大量的实例和习题，有助于学生加深对理论的理解和应用能力的提升。

21.郁岚是工程学院、能源与动力学院等专业的重要教材。

22.学习郁岚可以为今后从事相关工程设计提供坚实的理论基础。

23.郁岚是一本基础教材，可以作为流体力学与热工学课程的参考教材。

24.遵循郁岚的学习方法和理论指导，可以更好地掌握流体力学与热工学的知识。

水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算_百度.

第6卷第4期2007年12月热科学与技术Journa l of Therma l Sc ience and TechnologyV o l .6N o.4D ec .2007文章编号:167128097(20070420319207收稿日期:2007209204;修回日期:2007211208.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50323001;新世纪人才基金资助项目(N CET 20420925;中国博士后科学基金项目(20060400997.作者简介:何茂刚(19702,男,博士,教授,博士生导师,主要从事流体热物理性质的理论及实验研究及制冷循环及热力循环的优化设计.水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算何茂刚1,王小飞1,张颖1,费继友2(1.西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049;2.大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028摘要:针对应用于空调和制冷系统的水平管降膜式蒸发器,建立了FLU EN T 数值模拟计算的物理模型。

以制冷剂R 134a 为研究对象,对不同流量、不同布液器开孔孔径、不同管束结构下管外制冷剂液体的流动情况进行了模拟计算;并实现了绕管周方向不同角度液膜厚度的读取。

关键词:水平管降膜式蒸发器;数值模拟;流态;液膜中图分类号:TB 657.5;O 359文献标识码:A0前言早在1848年,水平管降膜式蒸发器技术就已经诞生,但是直到20世纪90年代,随着氟氯烃即CFC 的逐步淘汰,才开始在制冷系统上被采用。

降膜式蒸发器是利用制冷剂管外蒸发达到与管内工质换热的目的,即冷媒介质在蒸发管内流动,与蒸发管外流过的制冷剂液体进行换热,使其蒸发,实现热量的传递。

水平管降膜式蒸发器已被广泛应用于食品、化工、海水淡化等行业且在这些领域其应用技术已比较成熟,但是在制冷行业的应用还处于探索阶段。

水平管降膜式蒸发器与传统的满溢式蒸发器相比,其独特的优势使其具有广阔的发展前景,主要表现在几个方面:1拥有更高的换热系数[1],相比之下,可以减小蒸发器的体积,节约空间,降低成本。

21379703_深水柔性立管结构技术进展综述

深水柔性立管结构技术进展综述!阎!军!英玺蓬!步宇峰!李文博!吴尚华"卢青针"汤明刚#岳前进"!!$大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室工程力学系"大连!!%&"'#"$大连理工大学海洋科学与技术学院"盘锦!"'""!##$中国船舶科学研究中心"无锡"!'&("$摘要!海洋柔性立管是深水油气开采的核心装备之一"被誉为深水开发系统的%血管&'本文综述了海洋柔性立管系统的基本结构与发展历程"总结了国内外主要海洋柔性立管生产厂家的产品特点及设计技术'随着海上油气田开发不断走向深水"本文介绍的海洋柔性立管技术必将助力我国深水油气资源的自主可控开发'关键词!深水油气开采#海洋柔性立管#结构设计#非粘结性柔性管道中图分类号 )*+文献标志码 ,文章编号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引!言海洋中蕴含着大量可以利用的生物)能源)矿产以及空间资源等"是人类社会文明持续发展的坚实基础和宝贵财富'这其中"深海油气田的开发是人们对海洋资源开发和利用较为典型的代表*!+'据统计"全球的海洋油气储量可占已探明油气总储量的三分之一以上#近!&年的时间里"在人们探明的超过!亿吨储量的大型油气田中"海洋油气田所占的比例可高达%&W *"+'我国南海作为世界四大海洋油气中心之一"平均水深!&&&多米"最大深度可达+&&&O 以上"其中超过*&W 的油气资源都蕴藏在深水!"+&&O $以及超深水!"!+&&O $的区域里*"+'而深水柔性立管则是深海油气开采的关键)!!基金项目国家自然科学基金!X !-&%"##)+!*&-"'")!!%*"&+*$"国家重点研发计划!"&!*3H V &#&*"&#$"高等学校学科创新引智计划!<!'&!#$"中央高校基本科研业务费专项资金!Y X E !-Z Y "&'$'作者简介阎军!!-*(,!$男"博士"教授"主要从事海洋复合柔性管缆结构设计与验证'第%卷!第%期!"&!-年!"月海洋工程装备与技术[V \,]\]^R ]\\_R ]^\C X R )F \]E ,]YE \V `][>[^3a 0I /%"]0/%Y 1M /""&!-&.&%Copyright ©博看网. All Rights Reserved.-*'%!-海洋工程装备与技术第%卷核心的配套装备"连接着水面浮体与海底井口)水面浮体之间)水下井口之间"被誉为深水开发系统的%血管&*#+'海洋管道包括钢管与柔性管"钢管全部是由金属材料制造而成的"而柔性管则是由金属材料和复合材料共同组成的'与钢管不同的是"柔性管具有易弯曲)易铺设)可回收以及更适合实际的海洋环境等优点"可有效地降低工程成本*"+'又由于柔性管的弯曲柔性优异"弯曲半径相对较小"可以承受较大的弯曲变形"因此柔性管在陆上)浅水)深水)超深水等区域均得到了较为广泛的应用"可满足长距离)超深水)多方向的输送油气资源*'+'据统计目前深水浮式生产系统采用的海洋立管近(&W为柔性管*++'柔性管又可分为非粘结性柔性管道和粘结性柔性管道*%+'非粘结性柔性管道由几个互相独立的结构层构成"各层间不固定连接或者绑定"并允许各结构层之间的相对位移'相比之下"这种结构更能满足深水工程的要求"应用得更为广泛"逐渐成为了柔性立管的主流结构**+'@!深水柔性立管基本结构深水柔性立管的基本结构是多层复合的结构"由密封性能较好的热塑性聚合物材料层和螺旋缠绕的扁钢层组成"这种螺旋缠绕结构可使整个柔性管既能承受较高压力"又能保持弯曲柔性'管道每一层结构都是互相独立的"但可以和其他结构层彼此传递力的作用"因此不同的柔性立管可通过特定的结构层设计来满足实际应用中不同要求的力学特性**"(+'非粘结性柔性管道是由基本层)附加层和端部接头三个结构组成的'基本层是管道本身的基础部分"起到密封)承载以及传输液体或气体等作用#附加层主要为保温层和防腐层等"具有保温和防腐等功能"对柔性立管的承载结构并不产生显著的影响*%+#接头则是深水柔性立管系统中最复杂的结构之一"是整个系统中最薄弱的一环'图!为典型的非粘结性柔性立管的结构示意图'骨架层.是一种互锁金属层结构"它由异型钢带沿着将近-&b的方向螺旋缠绕互锁而成"其横截面形状为2型"各异型钢带之间存在间隙"因此可使得整个管道结构具有足够的柔性*%+'骨架层材料主要选用不锈钢材质"比如,R A R#&'(#&'X#!%( #!%>等"当然也有少数情况会使用双向不锈钢'骨图!!典型非粘结性柔性立管的结构示意图*-+ H89/!!E T;8M4I L2K7M27K10=505.@05P1P=I1J8@I1K8L1K*-+架层的主要功能是抵抗外压荷载*!&+'内护套.是一个由高分子聚合物组成的空心圆筒"其主要功能是保证内部流体的完整性'抗压铠装层.互锁金属层结构"主要承受内外压荷载"它是由异型钢带螺旋缠绕而形成的"其横截面形状有Z型)V型及E型等*!!+'这层结构不仅能够增强柔性管承受内压的能力"还可以增强其承受外压的能力'传统的抗压铠装层材料以碳素钢为主"现有使用尼龙和碳纤维材料来代替的趋势"以此可以实现柔性管道的轻量化'防磨层.在各金属结构层之间"由非金属热塑性材质的护套或胶布带缠绕而形成"可有效地减少柔性管道内各金属结构层之间的互相磨损'该层与内护套)外护套都为非金属材料'抗拉铠装层.此层结构使用矩形或圆形截面的钢带"以"&b %&b的角度螺旋缠绕而成"通常为"'层*'+'该层结构主要用来承受轴向载荷"同时还可以承受扭矩和弯矩'对于没有抗压铠装层结构的柔性管道而言"抗拉铠装层的缠绕角度可控制在++b左右*%+'为了使整个柔性管道处于扭转平衡的状态"抗拉铠装层需由成对反向螺旋缠绕的扁钢带构成'外保护层!套$聚合物层.阻止外部流体)气体Copyright©博看网. All Rights Reserved.第%期阎军"等.深水柔性立管结构技术进展综述-*'*!-!进入柔性管道内部"这一层为高分子聚合物材料构成'A!深水柔性立管结构技术综述深水柔性立管的结构具有可设计性"使得它能够满足深海工作环境*'+'自柔性立管产生开始至今已经有%&多年的历史"在这%&多年中"国外形成了较为成熟的深水柔性立管技术"而国内对于深水柔性立管技术的研究起步相对较晚"部分结构在设计)生产)验证等方面还有着一定差距*'+'"/!!深水柔性立管技术国外发展综述国外在非粘结性柔性管道的设计)制造)安装以及后期维护等方面都具有显著的优势'目前"海洋柔性立管的相关技术几乎都被少数几家国外公司垄断"包括1I I L2K14O公司)E1M B58;公司与]c E,(A公司等*%+'目前非粘结性柔性管道的发展越来越趋于成熟"从海洋主要资源分布和现阶段所掌握的技术水平来看"超深水)超高压)大口径已成为了柔性管道的研究和发展的主要趋势'A B@B@!;,..61(,'&公司柔性立管技术综述1I I L2K14O公司成立于!-(#年"目前公司项目主要分布在墨西哥湾)北海)非洲西部)巴西和亚洲等地区'1I I L2K14O公司的管道产品主要以非粘结性柔性立管为主"设计和制造了结构多样的非粘结性柔性管道'该公司的柔性管道主要是由多层螺旋缠绕的金属层和挤压成型的热塑材料层组成的"产品结构合理"可设计性强"铠装层数多变"可根据不同的海况"增加或减少铠装层数"在提供满足要求的抗拉)压强度下保证经济效益"来满足使用者的特殊要求*%+'A B@B A!8,790#/公司柔性立管技术综述始建于!-*!年的E1M B58;公司是从事高压柔性立管的知名国际企业"集设计)生产)安装)维修为一体"拥有全球最大的非粘结性柔性管道的生产设备体系'其产品结构特点有管道可设计直径大"抗压强度大"附加层起到的防摩擦)保温性能突出"能满足不同海域的应用要求"适用于较深水域'目前公司项目主要分布在墨西哥湾)北海)非洲西部)巴西和亚洲)英国北半部等地区*'+'A B@B C!D=8< $公司柔性立管技术综述]c E,(A公司始建于!(-(年"是丹麦第一家生产电缆的公司*%+'在接下来的!&&多年的时间里"]c E,(A陆续生产了在陆地)海洋领域使用的低)中)高电压电缆']c E,(A公司产品的特点是能够生产较长且连续的柔性管道产品"并能够合理使用特殊材料'虽然设计最大直径相对较小"但铠装形式多样"抗拉)压铠装在满足各自角度要求的同时应用两层或两层以上的成对的反向螺旋敷设"有效地达到扭转平衡"同时保证了抗压能力和弯曲性能"设计水深大*%+'"/"!深水柔性立管技术国内发展综述国内对深水柔性立管的研究工作开展得相对较晚"目前还停留在部分关键技术领域的理论分析与浅水的应用"深水动态的工程应用仍处于攻关阶段'对非粘结性柔性管道的结构设计)生产制造)实验测试的能力也相对较弱'国内只有少量柔性管道生产厂家在进行柔性立管的研究和生产*'+'目前"用于我国海洋油气田开发的深水柔性立管还是以进口为主"但未来非粘结性柔性立管在我国深水油气开发中的应用将会愈加广泛'我国海洋柔性立管的主要生产厂家包括河北恒安泰油管有限公司)威海鸿通管材股份有限公司)天津海王星海上工程技术股份有限公司等'这些公司通过长期与多家高校)科研机构)院所紧密合作"建设了系统的柔性立管生产设备"建设了先进的流水线及专业的实验设备"基本掌握了海洋柔性立管的设计)生产的关键技术"在海洋柔性立管国产化方面都取得了不俗的业绩*!"+'"/#!深水柔性立管设计技术总结由于海洋环境复杂"深水柔性立管在应用时具有专门性和独立性'即在设计时应根据用户对管道的功能要求及应用的海洋环境"在设计准则下严格对管道进行设计)分析)制造)测试等操作"其产品属于专门的%定制式&'深水柔性立管的设计主要分为三个阶段"包括概念设计)材料设计)基本设计*!#+'A B C B@!概念设计概念设计阶段的主要目的是根据功能需求及应用的海洋环境对管道做构型的选择'构型选择是对设计管道在结构层数上进行选择)设计"其依据主要源于功能需求及应用环境"具体包括以下几点.!!$应用形式'海底静态管道和深水柔性立管在位运行时承受的荷载有所区别"深水柔性立管要承受更大的拉伸荷载与弯曲荷载'因此与海底静态管道相比"选Copyright©博看网. All Rights Reserved.-*'(!-海洋工程装备与技术第%卷择深水柔性立管的构型时应选择抗拉伸能力更强且柔性更好的结构*!'+'!"$水深'水深的变化主要影响管道承受外压荷载的变化"根据对管道结构的介绍和分析"骨架层是主要承受外压荷载的结构层"因此水深的变化主要影响骨架层的设计和选择*!&+'!#$管内输送介质'管内输送某些介质会对管道造成一定的冲蚀"这时需要骨架层来抵抗内部的冲蚀*%+'因此"管道结构是否需要骨架层通常要通过管道应用水深及内部输送介质联合判断'!'$内压要求'不同环境下应用的柔性管道需要根据需求设计不同的内压'根据管道结构分析"非粘结性柔性管道的抗压铠装层是承担内压荷载的主要结构层*!!+'因此"内压的变化主要影响抗压铠装层的设计'A B C B A!材料设计!!$金属材料'非粘结性柔性管道采用金属材料的基本结构层包括骨架层"抗压铠装层和抗拉铠装层*!++'功能不同"各金属层材料的选择也不同"具体材料设计参数如表!所示'表@!柔性管道金属材料设计参数8'4B@!+,6#:0/'('&,1,(6"*&,1'.&'1,(#'."**.,3#4.,(#6,(属性类别参数骨架层抗压铠装层抗拉铠装层合金属性化学成分###微观结构###机械属性屈服强度###极限强度###伸长率###硬度###抗疲劳###抗腐蚀#抗侵蚀###材料特性硫化应力裂纹阴极保护破裂化学阻力######!!!"$聚合物材料'非粘结性柔性管道采用聚合物材料的基本结构层包括内护套层"防磨层和外护套层*%+'功能不同"其各聚合物层材料的选择也不同"具体材料设计参数如表"所示'表A!柔性管道聚合物材料设计参数8'4B A!+,6#:0/'('&,1,(6"*/".)&,(&'1,(#'."**.,3#4.,(#6,(属性类别设计参数内护套层防磨层外护套层机械(物理属性抗蠕变###屈服强度(延长###极限强度(延长###应力缓和属性#弹性模量###硬度#压缩强度#冲击韧性#抗磨损#密度###疲劳###切口敏感性#热属性热传递系数###热扩散系数###软化点###热容量###脆性温度##渗透属性流体渗透性###抗起泡#兼容性和老化流体兼容性###老化试验###环境应力破裂###抗侵蚀!风化$水吸收###!!A B C B C!基本设计如上文所述"非粘结性柔性管道概念设计阶段的主要任务是基本确定管体的结构形式和选材范围"而基本设计阶段则是确定管道每个结构层设计参数的尺寸和每个结构层的材料*#+'在基本设计阶段"需根据理论分析模型分别对每一层结构进行尺寸设计'由于管道在受到外荷载作用下"每一结构层都有多种荷载作用"同时可能对应多种失效模式'同样的"一种失效模式也可能需要多层同时提供抗力承载'因此"根据所有的失效模式同时进行尺寸设计是不切实际的"需要考虑主要的荷载"并且对每一层的关键失效模式进行控制"进而开展相应结构层的基本尺寸设计*'"%+'C!结!语随着海洋开发领域的持续深入探索与工程应用的实际需要"对海洋柔性立管研发设计的深度也在不断增加'在"&世纪%&年代初"海洋柔性立管Copyright©博看网. All Rights Reserved.第%期阎军"等.深水柔性立管结构技术进展综述-*'-!-!的铺设深度仅为"&O左右"到了(&年代铺设深度就已能达到!&& '&&O"-&年代末期海洋柔性立管的铺设深度已经可达到!&&&O""!世纪初期铺设水深已经可到达!+&& #&&&O的超深水域"而这正是海洋柔性立管行业的未来发展趋势*'+'由于海洋中浅水地区的资源有限"人们早已将目光放在了深远海中"那里蕴藏着比浅水地区更加巨大的宝贵能源与更多未知的环境"当然这对于海洋管道的研发与制造技术也提出了更高的要求和挑战'目前海洋柔性立管的相关技术已经日趋成熟"人们对于海洋柔性立管的设计与开发工作也正朝着超深水方向继续前进'对于我国而言"随着国内经济的持续高速发展"人们对于能源的需求量越来越大"能源供需矛盾日益突出'为了能尽快缓解能源供需矛盾"做到可持续性的和谐)平稳的发展"加快海洋油气资源的开发已成为了国家战略需求'随着海上油气田开发不断走向深水"本文介绍的海洋柔性立管技术必将助力我国深水油气资源的自主可控开发'参考文献*!+苏文金/福建海洋产业发展研究*F+/厦门.厦门大学出版社""&&+/A7?15G85/H7G845F4K85185P7L2K T P1S1I0;O152K1L14K M B *F+/:84O15.:84O15X58S1K L82T)K1L L""&&+/*"+李兰"张荫纳/静态柔性软管弯曲加强器的设计*6+/海洋工程装备与技术""&!'"!#$.""#.""%/>8>45"Z B45938554/Y1L8950=L2428M@15P L28==151K=0K =I1J8@I1;8;1L*6+/F4K851\598511K859\N78;O15245P E1M B50I09T""&!'"!#$.""#.""%/*#+杨志勋"阎军"卢青针"等/结构尺寸对>]^低温螺旋波纹钢管弯曲性能的影响分析*6+/计算机辅助工程""&!%""+!%$.!'.!-/3459Z B8J75"345G75">7C859D B15"124I/,54I T L8L051==1M2 0=L2K7M27K4I P8O15L80505@15P859;K0;1K2T0=>]^M K T09158M B1I8M4I M0K K79421P L211I;8;1*6+/V0O;721K,8P1P \598511K859""&!%""+!%$.!'.!-/*'+曾季芳/海洋复合材料柔性管的力学性能和优化设计*Y+/大连.大连理工大学""&&-/Z15968=459/F1M B458M4I)K0;1K281L45P[;28O4I Y1L8950=H I1J8@I1E7@1L F4P10=F4K851M0O;0L821L*Y+/Y4I845.Y4I845X58S1K L82T0=E1M B50I09T""&&-/*++宋磊建/缓波形柔性立管总体响应特性研究及疲劳分析*Y+/上海.上海交通大学""&!#/A059>18G845/A27P T05[S1K4I I_1L;05L1V B4K4M21K8L28M L45P H428971,54I T L8L0=H I1J8@I1_8L1K LQ82BA I0Q?4S1=0K O*Y+/A B459B48.A B459B4868402059X58S1K L82T""&!#/*%+王野/海洋非粘结柔性管道结构设计与分析研究*Y+/大连.大连理工大学""&!#/45931/Y1L89545P,54I T L8L0=[==L B0K1]05.@05P1PH I1J8@I1 )8;1I851A2K7M27K1*Y+/Y4I845.Y4I845X58S1K L82T0=E1M B50I09T""&!#/**+李翔云"毕祥军"王刚"等/海洋非黏结柔性管道接头密封结构分析*6+/计算机辅助工程""&!'""#!%$.+%.%&/>8:8459T75"<8:8459G75"?459^459"124I/,54I T L8L05 L14I859L2K7M27K10=75@05P1P=I1J8@I1O4K851;8;115P=822859 *6+/V0O;721K,8P1P\598511K859""&!'""#!%$.+%.%&/*(+Z B8J753459"675345"A S185A d S8U"C859D B15>7"]48N745 31"685I059V B15"C845G85371/F7I28.[@G1M28S1[;28O8D42805 Y1L8950=H I1J8@I1_8L1K L<4L1P[5<8.A M4I1_1L;05L1A7K=4M1 F0P1I L*V+/,A F\"&!(#*2BR521K5428054IV05=1K15M105 [M145"[==L B0K145P,K M28M\598511K859/,O1K8M45A0M812T0= F1M B458M4I\598511K L/F4P K8P"A;485/*-+Z B8O85E45")121KC789985"E1K K T A B1I P K4U1/E8O1Y0O485 A8O7I428050=E B1#Y<15P859`T L21K1L8L<1B4S807K0=,5 X5@05P1P H I1J8@I1_8L1K*V+/)K0M11P859L0=2B1"%2B R521K5428054IV05=1K15M105[==L B0K1F1M B458M L45P,K M28M \598511K859![F,\$"A45Y8190"V4I8=0K584"X A,""&&*/*!&+王彩山"汤明刚"阎军"等/海洋柔性管道骨架层径向压缩行为的数值模拟*6+/哈尔滨工程大学学报""&!+"#%!($.!&+*.!&%!/459V48L B45"E459F8599459"345675"124I/]7O1K8M4I L8O7I428050=2B1K4P84I M0O;K1L L8050=M4K M4L L I4T1K L0= 75@05P1P=I1J8@I1;8;1L*6+/607K54I0=`4K@85\598511K859 X58S1K L82T""&!+"#%!($.!&+*.!&%!/*!!+李鹏"马国君"汤明刚"等/海底柔性管道的抗内压分析和设计*6+/计算机辅助工程""&!'""#!+$.#-.'#/>8)159"F4^70O859"E459F8599459"124I/,54I T L8L45P P1L89505L7@L14=I1J8@I1;8;175P1K8521K54I;K1L L7K1*6+/ V0O;721K,8P1P\598511K859""&!'""#!+$.#-.'#/*!"+罗贞礼/%义&无反顾.成为柔性复合管的国际供应商,,,记河北恒安泰油管有限公司的创新发展之路*6+/新材料产业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opyright©博看网. 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屈服幂律流体螺旋层流流动压降简化模型

屈服幂律流体螺旋层流流动压降简化模型汤明;孔令豪;何世明【摘要】钻井过程中环空流动压降的准确预测能够为井底动压力的精确控制提供理论依据,避免出现因井底压力控制不当而导致的溢流、井漏乃至井喷等井下复杂情况.当前国内外学者针对不同钻井条件下的流动压降开展过大量的理论和实验研究,但现有研究成果很难实现螺旋层流流动压降的准确便捷预测.为了实现螺旋层流流动压降的准确便捷预测,在基于数值模型预测结果的基础上,建立屈服幂律流体螺旋层流流动压降预测简化模型,并利用仿真模拟和室内实验结果对简化模型的有效性进行了验证.结果表明:屈服幂律流体同心环空螺旋层流流动压降简化模型预测结果与实验结果和仿真模拟均吻合较好,简化模型预测误差仅为±5％.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)032【总页数】5页(P25-29)【关键词】屈服幂律流体;螺旋层流;流动压降;简化模型【作者】汤明;孔令豪;何世明【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE26现代钻井液是一种典型的非牛顿流体，其流变参数与屈服幂律流体(YPL)吻合最好，且YPL流体本构方程也涵盖了宾汉塑性(BP)和幂律(PL)流体的本构方程，当n=1时，表征BP流体；当τ0=0时，表征PL流体。

旋转钻井当前仍是油气钻探过程中最为主要的钻井方式，在旋转钻井过程当中，环空中的流动为典型的螺旋流动。

当前，国内外学者针对环空螺旋流动开展过大量理论和实验研究。

Tao和Donovan[1]建立窄间隙同心环空牛顿流体螺旋层流流动压降预测拟合模型。

Thomas和Walters[2，3]建立起理想黏弹性流体在窄间隙同心环空中的稳态轴向流动模型，并给出了模型的近似解。

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流体控制技术综述
学校：华东交通大学
院系：机电工程学院
专业：测控技术与仪器1班
学号：20120310110110
姓名：汤明海
流体控制技术综述
汤明海
（华东交通大学机电工程学院12测控技术与仪器1班）
摘要：本文主要介绍液压传动的介绍以及他的发展前景。

对液压传动技术及其优缺点进行描述；将其发展现状、工业应用情况作了一个简要的总结归纳；并根据其自身的特点对其发展趋势在液压现场总线技术、自动化控制软件技术、纯水液压传动、电液集成块等四方面做了合理的展望。

关键词：液压传动；工业应用；发展趋势；发展简史；优缺点
1 液压传动的定义及其地位
液压传动是以流体(液压油液)为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。

它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。

液压传动，是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压传动进入了一个新的发展阶段。

2 液压传动的发展简史
液压传动是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795 年英国约瑟夫•布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。

1905 年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。

1925 液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。

维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。

20世纪初康斯坦丁•尼斯克(G•Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。

应该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。

在1955年前后 ,日本迅速发展液压传动，1956年成立了“液压工业会”。

近20-30年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。

液压技术主要是由武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。

随着控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术与电子技术的结合日臻完善，电液控制系统具有高响应、高精度、高功率-质量比和大功率的特点，从而广泛运用于武器和各工业部门及技术领域。

3 液压传动的优缺点
3.1 与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点
1．液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。

2．重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3．操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。

4．可自动实现过载保护。

5．一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。

6．很容易实现直线运动。

7．很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

3.2 液压传动的缺点
1．由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。

如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。

2．由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。

3．液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。

4．由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。

5．液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。

4 液压传动技术工业应用概况
正因为液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；矿山机械中的液压钻机、采煤机、提升机、液压支架等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构、大洋采矿等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

液压传动与控制是现代机械工程的基础技术，由于其在功率重量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势，使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现传动与控制的重要技术手段。

5 液压传动技术发展趋势
学习了液压传动，对液压传动也有了一个初步的了解，液压传动和气压传动称为流体传动，是工农业生产中广为应用的一门技术。

如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

历史的经验证明，流控学科技术的发展，仅有20％是靠本学科的科研成果推动，来源于其他领域发明的占50％，移植其他技术成果占30％，即大部分来源于其他相关学科进步的推动。

随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。

液压传动技术已成为工业机械、工
程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。

而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。

现从液压现场总线技术、自动化控制软件技术、纯水液压传动、电液集成块等方面介绍液压传动技术发展动态。

6 结语
液压传动技术是机械科学技术的一个分支，它的发展需要机械及其他门类学科的发展来推动，它的发展也能推动工业系统的整体发展。

它有其独特的优势与劣势，和其他技术一计应用修改和完善。

液压技术作为便捷和廉价的自动化技术，有着良好的发展前景。

液压产品不仅在机电、轻纺、家电等传统领域有着很大的市场，而且在新兴的产业如信息技术产业、生物制品业、微纳精细加工等领域都有广阔的发展空间。

脚踏实地，放眼未来，经过行业的共同努力，我国的液压工业一定能走进一个新天地。

参考文献
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