复合式油气水分离器研究

油气水的高效分离是陆上和海上油田在油气生产、输送、存储中关注的问题,复合式分离方法是近期的发展方向."十五"期间中国海洋石油总公司与中国科学院重大科技合作项目中列入了该研究课题.本文回顾了自2001年开始的五年来中国科学院力学研究所在新型复合式分离器研制方面开展的研究工作以及取得的进展.首先通过文献总结、专利调研和国内现场考察,提出了集重力、离心、膨胀于一体的复合式分离方法,采用以实验为主,结合数值模拟计算的研究路线.2003年力学所建成了模拟油气水分离的实验装置.2004年对离心和重力膨胀的关键部件--螺旋管、梯型管等进行了不同粘度、不同流速、不同油水配比条件下的油水分离实验.得到了螺旋管回转半径、开孔数量、孔径、方向,T型管垂直管的高度、数量、管径等对分离效果的影响.配合直管和螺旋管的数值模拟,得到了上述重要分离部件的设计准则,然后按工业使用分离器处理量的1/10缩尺比例,2005年设计制造了高效的复合式油水分离器.3月底,长4.5m、宽2.2m、高2.5m,全部由不锈钢制成的样机在力学所安装完毕.在粘度1～1500Mpa s,油水混合液流速变化范围为0.2～1.5m/s,油水配比为10%～90%范围内进行了分离器的实验室样机试验,达到了分离后油中含水率小于1%的当代国际先进水平.目前将设计全尺寸的复合式分离器,用于陆上油田工业现场试验以考核它的最终指标.     

波纹钢管廊结构设计关键技术分析与问题探讨

波纹钢管廊结构具有受力性能优、施工时间短、造价低、环保性能好等优点。为深入了解波纹钢管廊结构的承载机制、破坏特征及装配化技术、规范化断面形式、土体加固方法及措施等关键设计方法，对美国、加拿大、澳大利亚等公路、铁路工程中的排水沟、地下通道、立交工程中波纹钢管道结构的应用情况进行介绍，分析梳理波纹钢管道在国外的工程应用、规范编制、技术特征和设计施工方法，并对波纹钢管结构的荷载计算、强度验算、设计流程和方法进行详细分析。结合国内波纹钢管廊建设技术的发展需要，从建设环境、结构断面形式、装配化、围护土体加固、最小埋置深度等方面探讨波纹钢管廊建设中存在的问题及发展趋势，提出对波纹钢管廊建设关键技术的研究建议。     

考虑节理粗糙度的锚固节理岩体剪切试验

为研究粗糙度对锚固节理岩体剪切特性及锚杆抗剪作用的影响，提出了基于Synfrac软件与3D雕刻技术的岩石节理面三维重构方法，开展了不同节理粗糙度系数（JRC值）和不同法向应力下的锚固节理岩体剪切试验，研究了节理面剪胀效应对锚杆轴力、变形与破坏模式的影响，并在静力分析的基础上提出了考虑节理剪胀的锚杆抗力公式。试验结果表明：随着JRC值的增加，节理的剪胀效应使锚杆的轴向变形增大，从而使锚杆发挥出更大的轴力，提高了锚杆对节理面的剪切强度贡献（锚杆抗力）；锚杆轴力增大的同时使锚杆从拉剪破坏模式转变为拉弯破坏模式。根据试验结果，在静力分析的基础上，引入了巴顿公式中的剪胀角，提出了考虑JRC值和法向应力的锚杆抗力公式，公式预测结果与试验结果吻合良好，平均相对误差为7.6%。     

船舶内共振动力学行为的研究

本文考虑船舶横摇与纵摇的非线性耦合运动，采用摄动分析及数值计算方法，研究了船舶存在内共振时的非线性动力学行为。研究表明，船舶非线性运动的重要特征是响应不对称、调幅调相及饱和等现象，为揭示船舶在高海情下的倾覆机理奠定了基础。     

小型高速两栖车水上行驶阻力数值模拟

为了评价小型高速两栖车辆的水上性能,研究了采用数值模拟的方法对高速两栖车水中行驶进行模拟计算的可行性.针对车轮提升与车轮非提升2种情形,就车体粘性阻力问题进行了分析,预测了给定工况下的车辆行驶阻力,并进行了流场的可视化分析.结果表明,采用车轮提升方案可以有效地减小航行阻力,运用数值方法预测阻力,为两栖车辆降阻增速的研究提供了新的手段.     

异步电机效率优化算法设计

针对异步电机效率优化问题，提出混合在线式直流最小功率模糊搜索效率优化控制算法（FLSC）。算法利用损耗模型控制（LMC）的研究成果，设计新型比例因子提取策略，可以实时在线获得电机各稳态工况下FLSC输入和输出变量的比例因子，预先规划了算法搜索控制的方向，保证了算法的快速收敛性。根据异步电机的特性及先期的综合实验数据分析，对模糊控制用模糊集合及其隶属度函数进行系统化设计，对输入变量的ZE模糊集进行梯形隶属度函数设计，对输出变量进行正负不对称隶属度函数设计，从而解决了系统在效率最优点处的振荡问题。对小功率异步电机系统的计算机仿真及台架实验表明：针对异步电机的轻载运行工况，FLSC算法能显著提高异步电机系统的控制性能；对于异步电机转子电阻参数变化的工况也具有很好的鲁棒性。     

改进分层总和法在吹填土预压地基沉降计算中的应用

针对分层总和法应用于吹填土预压地基沉降计算存在计算结果不准确、人为因素影响大的问题,研究吹填土回弹率特性,在此基础上提出了用于吹填土沉降计算的改进分层总和法。将改进分层总和法用于某工程吹填土预压地基的沉降计算,并将分层总和法与实际监测的沉降进行对比。结果表明：在不对计算结果修正的情况下,改进分层总和法的计算结果与实际沉降监测结果更接近,误差约为3%,提高了吹填土预压地基沉降量计算的精度。改进分层总和法为场地后续的回填量预估及场地利用提供了指导,为类似项目提供借鉴。     

提高港口工程结构设计使用年限的可行性研究

针对是否全面提高港口工程结构设计使用年限的问题,回顾目前我国港口工程结构设计使用年限确定的过程,对比分析国内外工程结构设计使用年限的规定,总结国内外设计使用年限100 a时的设计规定,分析提高港口工程设计使用年限需考虑的因素,讨论提高设计使用年限需开展的工作。研究认为,全面提高港口工程结构设计使用年限在技术上是可行的,但需要开展作用取值、结构可靠度分析、耐久性设计方法等多方面研究工作。参考国内其他行业和国外港口工程结构设计使用年限规定,结合我国港口使用现状,提出永久性港口建筑物设计使用年限仍采用50 a,对于特别重要的港口工程,可结合业主要求,采用50 a以上的建议。     

不规则波作用下带挑檐直立堤爬高与越浪量试验

通过物理模型实验,对带挑檐直立堤在不规则波作用下的爬高和越浪量进行观测,分析墙顶超高、挑檐宽度以及波坦等影响因素。结果表明:直立堤波浪爬高主要与波高有关,周期影响不大;堤顶超高、挑檐宽度和波坦是直立堤越浪量的重要影响因素,但挑檐宽度对直立堤越浪量的影响程度与堤顶超高有关。根据试验结果,提出了直立堤波浪爬高和越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

坞式闸室混凝土裂缝控制措施

坞式闸室在以往的工程中经常会在闸室底板和倒角产生混凝土裂缝,底板裂缝通过后浇带设计加以解决,后浇带处理不当会产生人为裂缝、同时也会带来施工不便。探讨坞式闸室底板整体浇筑的可行性,研究采用三维有限单元法模拟船闸坞式闸室的施工过程,分析指出闸室底板和倒角可能产生裂缝的成因,提出应用预应力加固技术防治混凝土裂缝,同时提出了预应力布置参数。计算结果表明,施加预应力后可有效降低底板和倒角处的拉应力,使其低于混凝土应力控制标准,达到了防治裂缝的目的。