方腔顶盖驱动流动
4.2 顶盖驱动流(8)
4.2顶盖驱动流4.2.1物理模型在一个正方形的二维空腔中充满等密度的空气，方腔每边长为0.1m，其顶板以0.1m/s 的速度向右移动，同时带动方腔内流体的流动，流场内的流体为层流。
计算区域示意图如图4-2-1所示。
图4-2-1 计算区域示意图4.2.2在Gambit中建立模型Step1：启动Gambit并选择求解器为Fluent5/6。
Step2：创建面操作：→→打开对话框如图4-2-2所示。
输入长度和宽度10，在Direction中选择XY Centered。
图4-2-2 创建面设置对话框Step3：划分面网格操作：→→打开对话框如图4-2-3所示，Shift+鼠标左键选择正方形面，Internal size=0.5，其它保留默认，点击Apply确认。
划分后的网格如图4-2-4所示。
图4-2-3 网格划分设置对话框图4-2-4 计算区域网格图Step4：设置边界类型操作：→●在Name栏输入边界名称wall-1，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中方腔顶部边线。
●在Name栏输入边界名称wall-2，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中方腔其它三条边线。
Step5：输出网格文件操作：Fil m→export→mesh打开对话框如图4-2-5所示，选中Export 2-D mesh 前面的复选框，输出网格文件。
图4-2-5 网格文件输出对话框4.2.3求解计算Step1：启动Fluent选择2d单精度求解器，点击Run，如图4-2-6所示。
图4-2-6 启动求解器图4-2-7 网格尺寸设置对话框Step2：导入并检查网格1．读入网格文件操作：Fil e→Read→Case...找到文件后，单击OK按键确认。
2．检查网格操作：Grid→Check网格读入后，一定要进行网格检查，注意最小体积不能为负值。
3．网格比例设置操作：Grid→Scale...在Gambit中，生成网格使用的单位是cm，在Grid Was Created In下拉菜单中，选取cm，如图4-2-7所示，然后单击Scale，关闭对话框。
方腔流动
边界条件
流函数边界条件：根据已知条件，在四个壁上流函数均为 0，上边界平板速度 1，根据不可 滑移条件确定流函数偏导数条件。
涡量边界条件，采用（1）：
（1）可以用 Taylor 展开建立一般形式的 Thom 公式。假设某壁面切向速度 v ，沿其内法
向 n 有一节点，距离壁面距离为 h, 此点上的流函数为1 ，如果壁面上的流函数值为 0 ，那么
0
(1
0 2h2
v h)
时间导数采用向前 Euler 法，空间导数项可以用中心差分格式离散
计算步骤 1、计算 n + 1 时刻内点的涡量，需要考虑时间步长和空间步长和粘性项的关系。
2、计算 n + 1 时刻的流函数 n1 ，超松弛迭代法，松弛因子为-1.8。
3、计算 n + 1 时刻边界上的涡量
计算流体力学作业
题目
方腔流指顶部平板以恒定速度驱动规则区域内封闭的不可压流体（例如水）的流动，在方 腔流的流动中可以观察到几乎所有可能发生在不可压流体中的流动现象，如图 1 所示方腔流计 算模型图。
图 1 方腔流动示意图 流函数-涡量法以流函数和涡量为未知量，可以消去控制方程中的压力项。根据差分法编写 程序计算方腔流动。 控制方程
-0.5
0
0.5
1
1.5
3.995s 方腔速度矢量图
0
0.5
1
x0=0; x1=1; dx=(x1-x0)/(N-1); %空间步长 y0=0; y1=1; dy=(y1-y0)/(M-1); %空间步长
Thom 公式
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
0
0.2
0.4
顶盖驱动方舱流的动力学模态分解
航空航天科学技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald1二维顶盖驱动方舱流动,可以用于简化由某一壁面引起的空腔内部环流[1]。
从热力学角度分析，是典型的功热转化过程。
该文选用二维顶盖驱动方舱流动模型作为D N S 方法研究的载体。
N a v i e r -S t o k e s 方程具有抛物型和椭圆型两个特性，尽管控制方程具有混合特性，但采用M a c C o r m a c k 格式进行时间推进求解是适定的。
M acCor m ack格式是L a x-We nd rof f格式的一个变种，在时间和空间上都具有二阶精度的显式有限差分格式[2]。
由于M acC or m ack 格式是最容易理解和实现的格式，同时得到的结果在很多实际应用中都有令人满意的结果，所以该文选用M acCor m ack格式直接求解Nav ier-S toke s方程。
当雷诺数为6 000～8 000时，流动为转捩状态；当雷诺数达到10 000时，流动为局部湍流[3]。
为了分析流场振荡产生的原因，该文应用动力学模态分解(D M D)技术对原流场进行处理[4-7]。
1 数值模拟该文考虑二维剪切力驱动方舱流动，方舱为长宽均为=1 m m 的正方形区域，雷诺数(=ρV L /μ=9 000)，壁面为无滑移恒定壁温边界条件，理想气体初始压力为101 k Pa。
顶盖运动方向与右侧壁面交接处被称为DUE，右侧壁面与下壁面的夹角处被称为DSE，左侧壁面与下壁面的夹角处被称为USE，顶盖运动反方向与左侧壁面交接处被称为UUE，4个区域如图1所示。
求解忽略体积力和体积热的二维守恒形式N a v i e r -S t o k e s 方程：定义为单位体积动能和内能的和，正应力与剪切应力为、、、，由Fou r ie r 定律得到热交换率。
采用M acC or m ac k显示时间推进求解离控制方程，并运用预测校正两步法保证在时间和空间上都具有两阶精度。
方腔驱动流源代码(SIMPLE算法)
p
pi, j
x 0
编号为（i,j）的速度修正量 u , v 不仅与压力修正量
p 有关，还与邻近点的速度修正
量有关。SIMPLE 算法的重要假定：速度的改变只与压力的改变有关，忽略邻近点对速度修 正的影响。因而得到如下速度修正量
u i, j vi, j
本算例采用求解不可压缩流动的经典算法， 即 SIMPLE 算法， 求解方腔内粘性不可压缩 流体运动的定常解。 SIMPLE 算法的全称为 Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations， 即求解压力关联方程的半隐式算法。 采用 SIMPLE 算法时， 为了避免中心差分格式将 “棋盘” 型参量分布误认为是均匀分布， 需要用交错网格对计算域进行离散。
xy M 1 M 1 1 1 M 1 M 1 ui , j ui , j Fi ,1j Fi y 0 1, j y Gi , j Gi , j 1 x pi 1, j pi , j t
Y 方向动量方程在速度 v 控制体上离散，时间采用前差
1 2 2 xy 1 M M M M aiu, j y uiM x viM 1, j u i 1, j , j vi 1, j vi , j 1 vi 1, j 1 Re x Re y t 4 4
以上是 SIMPLE 算法中离散化的动量方程
三、SIMPLE 算法基本思想
SIMPLE 算法是一种解决压力-速度耦合问题的“半隐式”算法。首先给定 M 时刻猜测 的速度场 u 估计值 值u
方腔顶盖驱动流动
一、问题描述方腔顶盖驱动流动如图1所示的一个简化两维方腔（高，宽都等于L)，内部充满水分。
上表面为移动墙，非维化速度为ｕ／ｕ0 =1。
其他三面为固定墙。
试求方腔内水分流动状态。
u=1, v=0u=0, v=0 u=0,v=0u=0, v=0图1常微分方程理论只能求解极少一类常微分方程；实际中给定的问题不一定是解析表达式，而是函数表，无法用解析解法.二、离散格式数值解法:求解所有的常微分方程 计算解函数 y(x) 在一系列节点a = x 0< x 1<…<x n = b 处的近似值),...,1()(n i x y y i i =≈节点间距为步长，通常采用等距节点，即取 hi = h (常数)。
步进式：根据已知的或已求出的节点上的函数值计算当前节点上的函数值，一步一步向前推进。
因此只需建立由已知的或已求出的节点上的函数值求当前节点函数值的递推公式即可。
欧拉方法1(,) 0,1,...n n n n y y h f x y n +=+=几何意义在假设 y n = y (x n )，即第 n 步计算是精确的前提下，考虑公式或方法本身带来的误差: R n = y (x n +1) y n +1 , 称为局部截断误差.截断误差: 实际上，y (x n ) ? y n ， y n 也有误差，它对y n +1的误差也有影响，见下图。
但这里不考虑此误差的影响，仅考虑方法或公式本身带来的误差，因此称为方法误差或截断误差。
局部截断误差的分析：由于假设y n = y (x n ) ，即y n 准确，因此分析局部截断误差时将y (x n +1) 和 y n +1都用点x n 上的信息来表示，工具：Taylor 展开。
显式欧拉公式一阶向前差商近似一阶导数推导如下：223111232()[()()()()][ (,)] ()()h n n n n n n n n n h n R y x y y x hy x y x O h y hf x y y x O h +++'''=-=+++-+''=+1()()()n n n y x y x y x h+-'≈111()()() ()()(,)n n n n nn n n n n y x y x hy x y x y y x y y h f x y +++'≈+↑≈≈=+隐式欧拉公式xn +1点向后差商近似导数 推导如下：几何意义设已知曲线上一点 P n (x n , y n ),过该点作弦线，斜率为(x n +1 , y n +1 ) 点的方向场f (x ,y )方向,若步长h 充分小，可用弦线和垂线x =x n +1的交点近似曲线与垂线的交点。
方腔顶盖驱动流动
一、二、问题描述方腔顶盖驱动流动如图1所示的一个简化两维方腔（高，宽都等于L)，内部充满水分。
上表面为移动墙，非维化速度为ｕ／ｕ0 =1。
其他三面为固定墙。
试求方腔内水分流动状态。
u=1, v=0u=0, v=0u=0,v=0u=0, v=0图1常微分方程理论只能求解极少一类常微分方程；实际中给定的问题不一定是解析表达式，而是函数表，无法用解析解法.二、离散格式数值解法:求解所有的常微分方程 计算解函数 y(x) 在一系列节点a = x 0< x 1<…<x n = b 处的近似值),...,1()(n i x y y i i =≈节点间距为步长，通常采用等距节点，即取 hi = h (常数)。
步进式：根据已知的或已求出的节点上的函数值计算当前节点上的函数值，一步一步向前推进。
因此只需建立由已知的或已求出的节点上的函数值求当前节点函数值的递推公式即可。
欧拉方法1(,) 0,1,...n n n n y y h f x y n +=+=几何意义在假设 y n = y (x n )，即第 n 步计算是精确的前提下，考虑公式或方法本身带来的误差: R n = y (x n +1)y n +1 , 称为局部截断误差.显式欧拉公式一阶向前差商近似一阶导数223111232()[()()()()][ (,)] ()()h n n n n n n n n n h n R y x y y x hy x y x O h y hf x y y x O h +++'''=-=+++-+''=+推导如下：隐式欧拉公式x n +1点向后差商近似导数 推导如下：1()()()n n n y x y x y x h+-'≈111()()() ()()(,)n n n n nn n n n n y x y x hy x y x y y x y y h f x y +++'≈+↑≈≈=+11()()()n n n y x y x y x h++-'≈11()()()()n n n n ny x y x hy x y x y ++'≈+↑≈几何意义设已知曲线上一点 P n (x n , y n ),过该点作弦线，斜率为(x n +1 , y n +1 ) 点的方向场f (x ,y )方向,若步长h 充分小，可用弦线和垂线x =x n +1的交点近似曲线与垂线的交点。
顶驱结构和原理
顶驱构造及原理
顶驱构造 顶驱旳构成： 1、综合游 车
VACRO 综合游动滑车组提供六个额定载荷为500T， 外径为50 in旳滑轮。整个游车高 。
2、钻井装置总成
• 钻井电动机是一种1000hp旳分流电动机。电动机是 由电枢空心轴和垂直止推轴承构成。
• 单速行星变速器 IDS 单速行星变速器由下列主要原件构成： 内齿合齿轮和齿轮箱 电机小齿轮
顶驱构造及原理
顶驱构造
6、有延伸入口旳现场谷风机冷却系统。
该系统向钻井电动机提供现场冷却空气。该系统由带有导管旳原则型局部 鼓风机和一根向马达方向旳延伸旳软管构成，鼓风机上旳导管能将进口安 装在大钩和游动滑车上。 C.PH-60型管子处理装置 管子处理装置涉及 1、整体吊卡 2、安全阀（IBOPS)
❖ 每3个月对顶驱齿轮箱旳润滑油进行更换，油品标号为 MOBIL626。油量为12加仑。
❖ 每3个月对机械手泵站旳液压油进行更换，油品为N32抗磨 液压油，油量32加仑。
❖ 每日对顶驱旳各个连接螺栓及开口销进行检验，对发觉旳问 题及时处理。
顶驱构造及原理
顶驱构造及原理
顶驱构造及原理
顶驱简介
据悉，目前我国赴国外工作旳钻井队，如钻机未安装顶部驱动 钻井装置者，投标竞争中不允许中标，可见顶部驱动钻井装置 已到了非用 不可旳地步。图片
❖目前，石油钻井中使用旳顶驱有两大类：电动顶驱和液动顶 驱。其中电动顶驱又按照电机分为直流电动顶驱和液动变频顶 驱，我们平台现用旳是直流电动顶驱。 ❖a.顶驱钻井系统特点 ❖ 能够节省钻井时间20%－50 %，能够大大降低卡钻事故能够 控制井涌防止井喷，用于深井超深井、斜井以及高难度旳定向 钻井，其综合效益尤为明显。
顶驱构造及原理
OpenFOAM顶盖驱动流详解使用说明材料（中文翻译版）
OpenFOAM顶盖驱动流详解使⽤说明材料（中⽂翻译版）引⾔这是开源场运算和操作c++库类（openfoam）的使⽤指南。
他详细描述了OpenFOAM 的基本操作。
⾸先通过第⼆章⼀系列教程练习。
然后通过对更多的独⽴组件的更详细的描述学习openfoam。
Of ⾸先主要是⼀个c++库类，主要⽤于创建可执⾏⽂件，⽐如应⽤程（application）。
应⽤程序分成两类：求解器，都是为了解决特定的连续介质⼒学问题⽽设计的；公⽤⼯程，这些是为了执⾏包括数据操作等任务⽽设计的。
Of 包括了数量众多的solver和utilities，牵涉的问题也⽐较⼴泛。
将在第三章进⾏详尽的描述。
Of 的⼀个强项是⽤户可以通过必要的预备知识(包括数学，物理和编程技术)创建新的solvers 和utilities。
Of 需要前处理和后处理环境。
前处理、后处理接⼝就是of本⾝的实⽤程序（utilities），以此确保协调的数据传输环境。
图1.1是of 总体的结构。
第4章和第五章描述了前处理和运⾏of 的案例。
既包括⽤of提供的mesh generator划分⽹格也包括第三⽅软件⽣成的⽹格数据转换。
第六章介绍后处理。
Chapter 2指导⼿册在这⼀章中我们详细描述了安装过程，模拟和后进程处理⼀些OpenFOAM测试案例，以引导⽤户运⾏OpenFOAM的基本程序。
$FOAM_TUTORIALS ⽬录包含许多案件演⽰of提供的所有求解器以及许多共⽤程序的使⽤，在试图运⾏教程之前，⽤户必须⾸先确保他们已经正确地安装了OpenFOAM。
该教程案件描述blockMesh预处理⼯具的使⽤，paraFoam案例设置和运⾏OpenFOAM 求解器及使⽤paraFoam进⾏后处理。
使⽤OpenFOAM⽀持的第三⽅后处理软件的⽤户可以选择：他们要么可以按照教程使⽤paraFoam，或当需要后处理时参阅第六章的第三⽅软件使⽤说明。
OpenFOAM安装⽬录下的tutorials⽬录中所有的指导⼿册都是可复制的。
格子Boltzmann方法三种边界格式的对比分析
格子Boltzmann方法三种边界格式的对比分析刘连国;杨帆;王宏光【摘要】采用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method- LBM)对二维顶盖驱动方腔流动进行数值模拟.在计算中分别使用半步长反弹、非平衡反弹、以及非平衡外推三种边界处理格式,并得到了不同格式对应的流线分布,流函数最小值、涡心坐标、几何中心线速度分布等.通过将所得结果与基准解进行比较,就三种边界格式的计算效率,计算精度、以及计算稳定性等方面进行了讨论和分析,为LBM计算中边界格式的选择提供了有益的参考.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】5页(P18-22)【关键词】格子Boltzmann方法;边界处理格式;半步长反弹格式;非平衡反弹格式;非平衡外推格式【作者】刘连国;杨帆;王宏光【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】O357.11 引言格子Boltzmann方法(LBM)是近年来迅速发展的一种新型数值计算方法。
边界条件的处理是LBM实施中一项非常关键的内容。
实际计算表明:选取不同的边界条件会对数值计算的精度、稳定性以及效率产生很大影响。
作为LBM的一个基本问题，边界条件的处理一直是流体力学一个重要的研究方面。
根据边界条件的类型，可将之分为两类:压力边界和速度边界［1］，其中的速度边界又可细分为:平直边界和曲面边界。
笔者从经典的流体力学问题二维顶盖方腔流模拟入手，对三种平直边界格式进行对比和分析，为LBM计算中边界格式的选择提供了有益的参考。
2 二维九点格子Boltzmann模型目前最常用的格子Boltzmann模型为LBGK模型，通过引入“单一弛豫时间”来简化Boltzmann方程中碰撞项的计算［2］。
九点格子LBGK模型的演化方程为:式中:(x，t)是在t时刻、x处的平衡态分布函数;τ为单一弛豫时间因子;eα为网格点各方向上的粒子速度。
顶部驱动钻井装置简介
顶部驱动钻井装置简介目录•顶部驱动钻井装置概述•顶部驱动钻井装置结构组成•顶部驱动钻井装置工作原理与性能特点•顶部驱动钻井装置安装与调试•顶部驱动钻井装置操作与维护保养•顶部驱动钻井装置在石油工程中的应用实例01顶部驱动钻井装置概述定义与基本原理定义顶部驱动钻井装置，简称顶驱，是一种直接安装在钻柱顶端，能够旋转钻柱并施加扭矩的钻井设备。
基本原理通过电动机或液压马达驱动齿轮减速机构，将扭矩传递给钻柱，同时通过控制系统实现钻柱的旋转、提升、加压等操作。
发展历程及现状发展历程顶驱技术起源于20世纪60年代，经历了从机械式到电动式、从单一功能到多功能的发展历程。
随着技术的不断进步，顶驱已经成为现代钻井技术的重要组成部分。
现状目前，顶驱技术已经广泛应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
随着非常规油气资源的开发，顶驱技术也在不断发展和创新，以适应更复杂、更恶劣的钻井环境。
应用领域与市场需求应用领域顶驱主要应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
它可以提高钻井效率、降低钻井成本、减少井下事故等。
市场需求随着全球能源需求的不断增长和非常规油气资源的开发，顶驱市场需求将持续增长。
同时，随着环保要求的提高和技术的进步，市场对顶驱的性能、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。
02顶部驱动钻井装置结构组成提供驱动力，驱动传动系统工作。
柴油机或电动机液压泵站冷却系统为控制系统和辅助系统提供液压动力。
对动力系统进行冷却，确保其在高温环境下正常工作。
030201将动力系统的输出转速和扭矩调整到适合钻井作业的范围。
变速箱实现传动系统与动力系统的连接与断开，方便操作和维护。
离合器将动力传递给钻井装置的其他部分，如转盘、绞车等。
传动轴主控制器对整个顶部驱动钻井装置进行集中控制，实现自动化操作。
传感器监测钻井装置的工作状态，如转速、扭矩、温度等，并将数据传输给主控制器。
执行器根据主控制器的指令，控制传动系统、辅助系统等的工作。
顶部驱动钻井系统ppt课件
（二）顶驱的维护保养
顶驱的润滑和保养 2．液压系统
A．润滑时间表：
描述
进行液压油品分析 更换液压油
更换液压系统滤芯
频率
每6个月一次
一年，或根据油品分析结果 更早进行 每3个月一次
B．每日检查液压油液面。 在加入液压油前， 油嘴附近必须清洁。
47
（二）顶驱的维护保养
顶驱的润滑和保养 3．电 机
禁止禁止反复快速反复快速地加速地加速减速减速加速加速减速也就是将手轮快速从减速也就是将手轮快速从最小位置拧向最大位置又从最大位置拧向最小位最小位置拧向最大位置又从最大位置拧向最小位置反复进行这种错误操作除了对顶驱系统的置反复进行这种错误操作除了对顶驱系统的安全运行有害以外导致系统母线过电压和动力制安全运行有害以外导致系统母线过电压和动力制动模块失效动模块失效还可能导致钻具落井事故还可能导致钻具落井事故
11
（二）顶驱系统的主要构 成
12
（三）顶驱的优点
1．节省接单根时间 顶驱不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进
9米左右接单根的麻烦。取而代之的是利用立柱钻进，大 大节省了接单根的时间，从而节约了钻井时间。 2． 倒划眼防止卡钻
顶驱具有使用28米立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻 时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。在定 向钻井过程中，可以大幅度减少起钻总时间。 3．下钻划眼
18
（四）中原油田顶驱使用情况
目前中原油田共有顶驱27台， 其中美国Varco交流变频顶驱4台 （TDS－11SA 3台，TDS－10SA 1 台），CANRIG500吨顶驱一台； 加拿大Tesco液压顶驱HMI-500一 台,HMIS-250两台；挪威MH公司 的PTD-500两台。其余为北石500吨 顶驱。所有设备均可以在标准的 43.28米井架内安全运行，TDS－ 10SA提升能力为250吨，其它顶驱 的提升能力均为500吨，而且符合 钻井施工和HSE规范要求，操作简 单、安全、高效。
4.2 顶盖驱动流(8)
4.2顶盖驱动流4.2.1物理模型在一个正方形的二维空腔中充满等密度的空气，方腔每边长为0.1m，其顶板以0.1m/s 的速度向右移动，同时带动方腔内流体的流动，流场内的流体为层流。
计算区域示意图如图4-2-1所示。
图4-2-1 计算区域示意图4.2.2在Gambit中建立模型Step1：启动Gambit并选择求解器为Fluent5/6。
Step2：创建面操作：→→打开对话框如图4-2-2所示。
输入长度和宽度10，在Direction中选择XY Centered。
图4-2-2 创建面设置对话框Step3：划分面网格操作：→→打开对话框如图4-2-3所示，Shift+鼠标左键选择正方形面，Internal size=0.5，其它保留默认，点击Apply确认。
划分后的网格如图4-2-4所示。
图4-2-3 网格划分设置对话框图4-2-4 计算区域网格图Step4：设置边界类型操作：→●在Name栏输入边界名称wall-1，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中方腔顶部边线。
●在Name栏输入边界名称wall-2，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并选中方腔其它三条边线。
Step5：输出网格文件操作：Fil m→export→mesh打开对话框如图4-2-5所示，选中Export 2-D mesh 前面的复选框，输出网格文件。
图4-2-5 网格文件输出对话框4.2.3求解计算Step1：启动Fluent选择2d单精度求解器，点击Run，如图4-2-6所示。
图4-2-6 启动求解器图4-2-7 网格尺寸设置对话框Step2：导入并检查网格1．读入网格文件操作：Fil e→Read→Case...找到文件后，单击OK按键确认。
2．检查网格操作：Grid→Check网格读入后，一定要进行网格检查，注意最小体积不能为负值。
3．网格比例设置操作：Grid→Scale...在Gambit中，生成网格使用的单位是cm，在Grid Was Created In下拉菜单中，选取cm，如图4-2-7所示，然后单击Scale，关闭对话框。
顶部驱动装置在钻井行业的发展和运用
顶部驱动装置在钻井行业的发展和运用摘要：顶部驱动装置是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一，是当前钻井装备中技术含量较高且复杂的机电液一体化设备，被运用显著的提高了钻井作业能力和效率等，逐渐被石油钻井行业所运用。
本文从顶部驱动装置的发展、结构、运用的优点，来论述顶部驱动装置在钻井行业的发展和运用。
关键词：顶部驱动装置钻井发展运用一、顶部驱动装置在钻井行业的发展在延续近百年传统的转盘钻井方式中，未能有效的解决其存在的两个突出问题。
一是，由于传统钻机在钻进中依靠转盘推动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，所以费工效率低、劳动强度较大；二是，当起下钻遇上复杂地层或岩屑沉淀，很难及时实现循环旋转功能，常常造成卡钻。
1982年首台顶部驱动钻井装置成功地钻了一口井斜32°、井深2981M的定向井之后，其得到了迅猛的发展和广泛的运用。
顶部驱动钻井装置则是把钻机动力部分由下边的转盘移到钻机上部的水龙头处，直接驱动钻具旋转钻进，取消了方钻杆，无论在钻进过程中，还是起下钻过程中，钻杆可以保持旋转以及循环钻井液。
因而，能及时有效的处理由于各种原因引起的遇卡遇阻事故。
同时，可进行立根钻进，钻速被极大提高，平均提高了25%左右的钻井时效。
当初的生产顶驱的厂家由美国、挪威扩展到法国、加拿大等4国7家公司。
随着英国、我国加入到该装置的生产行列，实现了钻机自动化进程的阶段性跨越。
目前全世界已有上千台顶部驱动装置在海上和陆上运用，充分显示了它的强大生命力。
从钻井机械的发展趋势上看，为适应钻井自动化的进步需求，顶部驱动钻井装置将成为钻井机械发展的重要方向。
二、顶部驱动钻井装置的结构顶部驱动钻井装置在钻井中的运用，可以从井架空间上部直接旋转钻柱，沿井架内专用导轨向下送井，完成钻柱旋转钻井，循环钻井液，接立根，上卸扣与倒弋眼等多种钻井操作。
主要由三部分组成的顶部驱动钻井装置系统，如图所示：1.水龙头—钻井电动机总成。
数值传热学-CMAC算法-答辩PPT
aW 0
b Ui, j Ui1, j Vi, j1 Vi, j1
2X
2Y
（4）i=M-1&j=2时
aE 0 aS 0
b Ui1, j Ui, j Vi, j Vi, j1
2X
2Y
方程离散
（5）i=M-1&j=N-1时：
aW 0 aN 0
b Ui1, j Ui, j Vi, j1 Vi, j
对U的控制方程进行离散：
U
U n1 i, j
U
n i,
j
U
U X
Un i, j
U U n i1, j
n i1, j
2X
V
U Y
Vn i, j
U U n i, j 1
n i, j 1
2Y
P
P n 1 i1, j
Pn1 i-1, j
X
2X
2U Y 2
U
n i,
j
1
2U
n i,
j
Y 2
U
n i,
j
1
n1 i, j
X
（4）
V n1 i, j1 2
Vi, j
n
+ Vi, j1 2
n
P P n1 i, j
n1 i, j1
Y
（5）
V n1 i, j1 2
Vi, j1
n + Vi, j 2
n
P P n1 i, j1
n1 i, j
Y
（6）
方程离散
将（3）、（4）、（5）、（6）带入连续性方程可得：
方程离散
上述压力泊松方程对内点成立，对边界邻点需要进行特殊 处理，将边界邻点划分为8区域，分别进行讨论，如图所示：
汽车顶盖输送与对中机构设计
汽车顶盖 输送 与对 中机构设计
张 涛， 骆佳光
（ 上 汽 通用 五菱 汽车 股份 有 限公 司 ， 广西 柳州 ５ ４ ５ ０ ０ ７ ）
摘 要： 利 用剪刀叉式升降机构 与齿轮 齿条输送机构相结合 ， 设计 了一种顶盖输送机 构。 顶盖输送过程 中采用托架定位 ， 托 架安装 于剪刀叉 式升 降机构上 ， 输送机 构输送 剪刀叉机构往 复运动 ， 实现 顶盖输送和 定位 ； 行走机 构采用滚轮在轨道
上行走 。使 用这种 输送与对 中对 中输 送过 程稳定可靠 ， 输送到位精度 高。
关键词 ： 升降机构 ； 剪刀 叉； 顶盖输送 ； 齿轮齿条 中图分类号 ： Ｕ ４ ６ ８ ． ４ 文献标识码 ＿ ＾ 文章编 号： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ — ０ ０ １ １ － ０ ４
顶 盖 分拼 线一 般设 计 ４个 或 ５个 拼 台 ， 最后 两个 括 驱动 执行 装 置和 剪叉 装置 。在 驱 动机 构 的驱 动下 ， 拼台为 自动输送和机器人抓取顶盖拼台。 某汽车顶盖 驱 动执 行 装 置 产生 小 位 移行 程 的 同 时将 驱 动 力传 递 分 拼焊 接线 共 ４个 拼 台 ，焊接 工 位为 １ ＃ 、 ２ ＃拼 台 ， 输 送 工位 为 ３ ＃ 、 钳 拼台 ， 在３ ＃拼 台放 置顶 盖焊 合 总成 ，
根 据 输 送要 求 ， 输 送 机 构 为往 复 输 送 ， 顶 盖 分 拼
３ ＃ 、 ４ ＃安 装 有 顶 盖 工装 ，输 送 过 程 中不 能 与 工 装 干
＃升降机构升 涉， 所 以输送机构必须有升降功能 ， 分别在高于工装 输送 。其运动过程可以概括为在顶盖 ３ 输送顶盖至 ４ ＃ 、 升降机构下降把顶盖 位 置 和低 于 工 装 位 置运 动 ，避 免 干 涉 。顶 盖输 送 至 起把顶盖托起 、 ＃工 位 、 输 送机 构 返 回至 顶盖 ３ ＃ 。为 了精 简 ４ ＃拼 台 后 ， 顶 盖后部定 位孔需对 齐定位销 ， 从 而 顶 放置 在 ４ 提 高可靠性 ， 经过多次考虑和讨论 ， 决定采用 盖下降过程 中能顺利进 销 ，这要求输送过程具有较 机构 ， 套剪刀叉升降机构 ，使 升降机构在顶盖 ３ ＃ 与４ ＃ 高 的精 度 ，保 证 输 送 到 ４＃拼 台 的顶 盖定 位 块 对 齐 定位 销 。 之间往返 。输送方式简图如图 ３ 所示。
方腔顶盖驱动流流场数值预测
方腔顶盖驱动流流场数值预测摘要：本文分别采用一阶迎风格式（FUD）、中心差分格式(CD)和乘方格式(PLD)计算方腔顶盖驱动流，计算结果同Ghia et al结果进行比较。
由计算结果可得出，一阶迎风引起的假扩散最大，计算结果偏离基准解最远，中心差分格式和乘方格式同基准解已经非常接近。
但中心差分格式不稳定，不易收敛。
网格数变化也会对结果产生影响，网格划分越多，计算结果与基准解越接近，而计算的时效性越差，所以在划分网格时，我们需要综合考虑其准确性和时效性，选用合理网格数。
关键字：一阶迎风格式，中心差分格式，乘方格式，网格数The prediction of flow field in the flow in driven cavity Abstract:In this paper, the three discrete formats of the equation convection (PLD, FUD and CD) was used to calculation the flow field in the flow in driven cavity. Through the compared with Ghia et al, we found that the false diffusion is the largest caused by the FUD, and the deviation of the calculation results from the exact solution, CD is the least , PLD come next and FUD is the largest. But CD is instability, it’s difficult converg ence. The changes of grid number will have an impact on the results. By the analysis, the more grid, the closer of the calculated results with the exact solution, and the worse of the calculated timeliness, so meshing, we need consideration of it’s accurac y and timeliness, to get a reasonable number of grid.Key words: FUD ，CD，PLD, the number of grid引言对流-扩散方程离散格式的稳定性与准确性一直是数值传热学中的一个重要问题，而对流-扩散方程的离散关键在于对流项的离散。
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一、问题描述
方腔顶盖驱动流动
如图1所示的一个简化两维方腔（高，宽都等于L)，部充满水分。
上表面为移动墙，非维化速度为ｕ／ｕ0 =1。
其他三面为固定墙。
试求方腔水分流动状态。
u=1, v=0
u=0, v=0 u=0,v=0
u=0, v=0
图1
常微分方程理论
只能求解极少一类常微分方程；实际中给定的问题不一定是解析表达式，而是函数表，无法用解析解法.
二、离散格式
数值解法:求解所有的常微分方程 计算解函数 y(x) 在一系列节点
a = x 0< x 1<…<
x n = b 处的近似值
节点间距
为步长，通常采
用等距节点，即取 hi = h (常数)。
步进式：根据已知的或已求出的节点上的函数值计算当前节点上的函数值，一步一步向前推进。
因此只需建立由已知的或已求出的节点上的函数值求当前节点函数值的递推公式即可。
)
,...,1()
(n i x y y i i =
≈
欧拉方法
几何意义
1(,) 0,1,...
n n n n y y h f x y n +=+=
在假设 y n = y (x n )，即第 n 步计算是精确的前提下，考虑公式或方法本身带来的误差: R n = y (x n +1) y n +1 , 称为局部截断误差.
截断误差: 实际上，y (x n ) y n ， y n 也有误差，它对y n +1的误差也有影响，见下图。
但这里不考虑此误差的影响，仅考虑方法或公式本身带来的误差，因此称为
方法误差或截断误差。
局部截断误差的分析：由于假设y n = y (x n ) ，即y n 准确，因此分析局部截断误
差时将y (x n +1) 和 y n +1都用点x n 上的信息来表示，工具：Taylor 展开。
显式欧拉公式
一阶向前差商近似一阶导数
推导如下：
2
2
3
1112
3
2
()[()()()()]
[ (,)] ()()
h n n n n n n n n n h n R y x y y x hy x y x O h y hf x y y x O h +++'''=-=+++-+''=
+1()()
()n n n y x y x y x h
+-'≈
111()()() ()()(,)
n n n n n
n n n n n y x y x hy x y x y y x y y h f x y +++'≈+↑≈≈=+
隐式欧拉公式
x n +1点向后差商近似导数 推导如下：
几何意义
设已知曲线上一点 P n (x n , y n ),过该点作弦线，斜率为(x n +1 , y n +1 ) 点的方向场f (x ,y )方向,若步长h 充分小，可用弦线和垂线x =x n +1的交点近似曲线与垂线的交点。
11()()
()n n n y x y x y x h
++-'≈
111111()()()
()()(,)
n n n n n
n n n n n y x y x hy x y x y y x y y h f x y ++++++'≈+↑≈≈=+
实用标准
比较 显式公式和隐式公式及其局部截断误差
显式公式
隐式公式
x n
x n+1
P n
1(,) 0,1,...
n n n n y y h f x y n +=+=23
1112
()()()
h n n n n R y x y y x O h +++''=-=
+111(,)
n n n n y y h f x y +++=+23
1112
()()()
h n n n n R y x y y x O h +++''=-=-+
中点欧拉公式
中心差商近似导数
控制方程
h x y x y x y 2)
()()(021-≈
'1
,...,1),(211-=+=-+n i y x f h y y i i i i ))
(,(2)()(1102x y x f h x y x y +≈P n+1
x y
y(
交错网格
因为方腔顶盖驱动流动的流动不均与性，u、v及压力p的变化存在交错的现象。
P 点位置
u 点位置
v 点位置
P 点控制微元体u点控制微元体v点控制微元体
守恒形式N-S方程
动量方程离散（x-方向）
方程（1）
推导过程：
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
+
=
+
-j
i
j
i
j
i
u
u
u
,
2
1
,
2
1
,2
1
综上有：
动量方程离散（y-方向）
方程（2）
三、压力修正的基本思想
压力修程推导
方程（1）
欧拉显式
方程（3）
方程（2）欧拉显式
方程（4）
压力修程
U*,V*,P* 中间值
方程（5）U’,V’,P’修正值（N+1时间步）U N+1，V N+1，P N+1，满足连续方程的值
方程（6）
方程（7）
方程（8）
综合方程3,5,6，可得
方程（9）综合方程4,5,7，可得
方程（10）将方程9,10,5 代入方程8，可得
方程（11）
四、SIMPLE算法流程图
M程序语言:
已知条件
L=H; 方腔的宽，高
u=1, v=0；方腔上表面的速度u=0, v=0；方腔左表面的速度u=0, v=0；方腔右表面的速度u=0, v=0；方腔下表面的速度网格划分
Y方向网格数为：M。
节点在Y方向序号变量为i。
1< =i<= M
X方向网格数为：N。
节点在X方向序号变量为j。
1<= j<= N
节点矩阵：
OT=zeros(M,N); OT 旧值某个节点OT(i, j) NT=zeros(M,N); NT 新值
间距
dx=L/(N-1); X方向间距
dy=H/(M-1); Y方向间距
控制方程离散
方程（11）。