油井热洗热流耦合场及温度监测系统研究—硕士毕业论文下载
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油井热洗热流耦合场及温度监测系统研究
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油井热洗热流耦合场及温度监测系统研究
[硕士毕业论文]论文目录&摘要第1-5页Abstract第5-9页第1章 绪论第9-17页　　· 课题背景第9-10页　　· 国内外研究现状第10-14页　　　　· 油井清蜡方法研究现状第10-11页　　　　· 热洗液温度计算研究现状第11页　　　　· 井下温度监测现状第11-13页　　　　· 研究现状分析第13-14页　　· 课题研究目标和拟解决的关键问题第14-15页　　　　· 研究目标第14页　　　　· 拟解决的关键问题第14-15页　　· 课题主要研究内容第15-17页第2章 热流耦合模型建立及Fluent仿真第17-30页　　· 引言第17页　　· 热洗过程热流耦合模型建立第17-25页　　　　· 地层温度场分析第18-19页　　　　· 油套环空内热流耦合模型建立第19-21页　　　　· 油管内热流耦合模型建立第21-25页　　· 热洗液温度Fluent建模仿真分析第25-28页　　　　· 热洗液温度Fluent模型建立第25-26页　　　　· 热洗液温度Fluent仿真分析第26-28页　　· Fluent仿真与热流耦合模型对比分析第28-29页　　· 本章小结第29-30页第3章 拉曼光纤温度监测系统的研制第30-41页　　· 引言第30页　　· 拉曼光纤温度监测系统总体设计第30-33页　　· 传感器结构设计及温度多界面传递分析第33-38页　　　　· 设计拉曼光纤传感器封装方式第34页　　　　· 传感器井下保护定位装置设计第34-35页　　　　· 温度多界面传递问题分析第35-38页　　· 传感器标定实验第38-40页　　　　· 实验方法第38-39页　　　　· 实验数据分析第39-40页　　· 本章小结第40-41页第4章 温度监测试验与热洗参数确定第41-60页　　· 引言第41页　　· 现场试验方案第41-43页　　· 试验数据采集与分析第43-51页　　　　· 热洗过程热洗液温度变化规律分析第43-45页　　　　· 不同热洗方式热洗液温度监测第45-49页　　　　· 热洗参数对热洗效果影响分析第49-51页　　· 热洗参数确定第51-59页　　　　· 水泥车热洗参数确定第53-55页　　　　· 超导车热洗参数确定第55-56页　　　　· 掺水热洗参数确定第56-57页　　　　· 高压蒸汽热洗参数确定第57-59页　　· 本章小结第59-60页结论第60-61页参考文献第61-65页攻读学位期间发表的学术论文及其它成果第65-67页致谢第67页
本篇论文共67页，
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航天航空 Aerospace
CAE仿真分析在航空航天行业中得到广泛应用，涉及零部件及整机的静力学和动力学计算以及复合材料、流固耦合、疲劳、材料失效等多方面问题
电子电器 Electronic
市场竞争使得CAE分析在电子电器行业中的应用越来越广泛。针对电子领域关注的各种线性、非线性、热力耦合，湿热耦合，跌落、开裂、散热等力学问题有限元在线能够提供完善的解决方案。
能源装备 Energy & Equipment
能源装备产业作为国家制造业的支柱产业，利用CAE进行反复设计、分析、优化已成为标准的必经步骤和手段。有限元在线能够提供从结构、流体、热固及流固耦合、优化分析CAE领域完善的解决方案。
船舶海工 Shipbuilding
现代造船技术正朝着高度机械化、自动化、集成化、模块化、计算机化方向发展，利用成熟的CAE分析，设计人员可以从产品设计阶段开始发现问题、优化设计、改进方案和一体化优化流程。
土木建筑 Civil Engineering
土木工程涵盖着相当广泛的科学技术领域。从土木建筑、桥梁结构、水工结构，到公路、隧道、地下工程等方面都离不开结构的设计与计算分析，而CAE分析在计算方面正发挥着重要作用。
汽车车辆 Automotive
汽车工业代表着一个国家制造业发展的水平，作为制造业的中坚，汽车工业一直是CAE应用的先锋，代表着民用CAE水平的高低。
电机设计 Eletric Motor
电机设计是一个电、磁、力、热等多学科耦合的优化过程，电磁设计、结构分析和通风散热分析是最重要的三部分。除此之外还需要对电机做相应的震动、噪声和疲劳分析。
生物医疗 Biomechanics
生物医疗，作为生物医学发展的一个分支，是现代医学和力学综合发展的产物，其研究范围不仅包含流体分析、热场分析、声场分析，也包含结构力学分析、电子场分析以及耦合场分析等研究。
石油石化 Oil & Gas
随着软、硬件环境的改善，CAE分析被逐步引入到压力容器行业，并取得了很多成果，在接管、球罐、换热器、塔器、加氢反应器等设备的设计中，起到了关键性的作用。
前处理 Preprocessing
前处理作为建立有限元分析模型的一个重要环节，工作量大，所划分网格的质量对计算精度和计算规模将产生直接影响，采用高效的处理工具和手段建立合理的分析模型就显得十分关键和重要。
FEA分析 Finite Element Analysis
有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，即用较简单的问题代替复杂问题后再求解。该方法不仅精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为广泛应用的工程分析手段。
CFD分析 Computational Fluid Dynamics
计算流体动力学是利用计算机和数值方法求解满足定解的流体动力学方程,以获得流动规律和解决流动问题的专门学问,随着成熟商业软件的不断提升，CFD分析在工程和科研领域发挥着越辣越重要的作用。
传热分析 Heat Transfer Analysis
对于常见的三种传热方式，传导、对流和辐射，借助现有的软件工具都能得到高精度的计算结果。同时，在多场耦合方面，热场也是常被考虑在内的关键因素之一。
多体运动学分析 Multi-body Kinematics
多体运动学是研究多体系统（一般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学，也是仿真分析的重要分支之一。
疲劳分析 Fatigue Analysis
结构的疲劳强度和疲劳寿命是进行结构抗疲劳设计、强度校核的重要内容。随着计算机技术和有限元技术的发展，结构疲劳分析方法在各个行业得到了广泛的应用。
CAE优化分析 Optimization Analysis
利用CAE技术对结构进行强度、刚度和动力学特性分析，寻求最优设计设计已经广泛应用于产品的设计开发中，对于缩短设计周期，降低研发成本，提升产品性能和可靠性具有重要意义。
注塑分析 Molding Analysis
注塑分析对于产品设计和模具设计十分重要，现阶段的注塑分析已广泛应用于模具设计中，浇口位置设计、冷却分析、翘曲变形预测和流道设计等，极大的提升了模具设计的效率和可靠性。
电机电磁分析 Motor Electromagnetic
电机电磁分析是在电机初步设计方案的基础上，利用电磁场有限元分析技术，对电机的电磁参数、特性曲线、损耗分布等多种电机参数进行精确分析计算的方法。精确地电机电磁分析是设计电机的基础 。
地震响应分析 Earthquake Response
结构的地震动力响应计算一直是地震工程的重要问题，常用的时程分析法和反应谱分析法已广泛应用于地震响应计算。
电磁分析 Electromagnetic Analysis
电磁分析是在电机初步设计方案的基础上，利用电磁场有限元分析技术，对电机的电磁参数、特性曲线、损耗分布等多种电机参数进行精确分析计算的方法。精确地电机电磁分析是设计电机的基础 。
复合材料分析 Composite Analysis
复合材料广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。为解决复材铺层结构复杂和性能分散性大等问题，多种复合材料设计、分析软件被开发、运用于复合材料的设计和制造中，大大的方便了复合材料的分析、设计过程。
焊接分析 Welding Analysis
在焊接生产中，绝大部分焊接方法都是局部加热，所以不可避免地将产生焊接残余应力和变形。仿真分析技术与焊接的结合将全面地提升焊接技术水平，可缩短产品的设计和试制周期等。
机舱散热分析 Cabin Thermal Analysis
汽车的发动机舱内元件变得越来越模块化,布置也越来越紧凑,这给发动机舱散热带来了更大的挑战，数值仿真手段无疑是解决机舱散热问题的一大利器。
热辐射防护 Radiation Protection
热辐射防护仿真分析能够帮助用户得到诸多利用实验手段难以获得计算结果的领域，高温下、高辐射下的仿真分析能够借助成熟的商业软件有效解决。
橡胶产品分析 Rubber Product Analysis
橡胶产品已广泛应用于各行各业，主要起密封、减震等作用，其超弹性本构模型标定和复杂大变形计算也一直是仿真分析中的两大难点。
芯片封装分析 Chip Packaging Analysis
市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时，还要日趋小型化。芯片封装的热分析仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题，需要多门学科的理论和方法的综合应用。
损伤与断裂分析 Damage and Fracture
结构损伤与断裂分析往往涉及多学科、多尺度的研究，直接关系着生产安全，及时预测裂纹的扩展和寿命，能够有效防止事故的发生，具有重大意义。
经典拓扑优化 Classical Topology
能够高效的由设计空间得到初始设计方案。常用到的软件工具包括：三维CAD造型软件、ANSA/meta前后处理平台、TOSCA等优化平台ABAQUS等有限元求解软件，实现自动驱动和控制。
疲劳非线性拓扑优化 Fatigue Topology
在优化的过程中考虑结构疲劳寿命，软件工具：三维CAD造型软件，ANSA/meta前后处理平台TOSCA等优化平台ABAQUS等有限元求解软件FE/SAFE等疲劳计算工具，实现自动驱动和控制。
典型拓扑-形状拓扑优化 Typical Shape
将一个完整优化分析中会涉及的两种优化，集成到一次优化任务中。计算工具：三维CAD造型软件ANSA/meta前后处理平台TOSCA等优化平台ABAQUS等有限元求解软件，实现自动驱动和控制。
多学科多目标参数优化 Multi-Discipline
一般的设计优化从效率和数据准确率上都是比较低，采用多学科多目标优化可以提高优化效率，降低认为干预，提升产品设计质量
内流场拓扑优化 Internal flow field
将原本复杂的内流场设计问题利用成熟的平台和工具快速解决。计算工具包括：三维CAD造型软件，ANSA/meta前后处理平台，TOSCA等优化平台，CFD求解软件，实现自动驱动和控制。
声场拓扑优化 Acoustic field Topology
需要利用具有噪声计算功能的求解器进行计算。典型的声场拓扑优化计算涉及的工具包括：三维CAD造型软件，ANSA/meta前后处理平台，TOSCA等优化平台，噪声计算软件，实现自动驱动和控制。
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现代生物医学工程是综合生物学、医学和工程学（包括计算机科学、信息科学）的边缘学科，属于高科技领域。其研究领域不仅涉及到人体骨骼结构、血液流动等生命科学，而且涉及到医疗设备、电子仪器等机械、电子等科学领域。目前在生物医学行业，由于实验测量手段的限制，昂贵的实验费用，实验设备等局限，生物力学实验研究通常局限于对整体运动分析上，而对其内部运动和受力分布很少涉及，这就造成实验测试不准确，使得设计的产品不合理，生产的产品存在潜在的危险。随着计算机计算能力提高和数值计算技术的进步，CAE分析在结构分析、热场、声场、流体、电磁场以及多场耦合分析能力不断得到拓展。在生物医学工程领域，也逐渐应用有限单元法进行设计和分析，有限元数值分析的地位和作用已经逐渐显现出来并变得日益重要。
生物力学作为生物医学发展的一个分支，一直是CAE领域最热门的研究方向之一，她是现代医学和力学综合发展的产物，其研究范围不仅包含流体分析、热场分析、声场分析，也包含结构力学分析、电子场分析以及耦合场分析等研究，涉及问题十分复杂。因此要达到求解和分析的要求，所用的工具不但必须具有一般的固体的静态和动态分析功能和流体流动分析功能，而且还应具有解决复杂的热传导、声场、电磁场、以及多物理场耦合问题的能力，并且对于非线性静力/动力、以及各种复杂的复合高度非线性问题的求解方面都应具有良好的解决方案。此外，由于医学系统结构十分复杂，并很难简化，例如人体骨骼系统等，设计软件往往还要求能够模拟复杂的载荷和边界条件，因此分析软件不仅应该具有很强的数值运算能力和高效的求解技术，还应该具有快速生成高质量网格的技术、方便的前后处理技术、方便的操作环境以及良好的开放性特征。
CAE在生物医疗领域中的分析问题通常包括生物固体力学、生物与生理流体力学、细胞生物力学、康复工程力学、运动系统力学等。而随着仿真分析技术水平的不断提升以及国内外研究学者对医疗事业的不断重视，在上述的五个方面从试验和仿真分析以及解析计算三方面有了很大的发展，尤其是在仿真分析方面，不论是材料本构的开发，还是仿真手段的创新都有许多的新发展。由于CAE仿真的可重复性、高效率和通用性，广受研究者们的青睐。
有限元在线在上述多个领域均具备实际CAE仿真经验，形成了完整的生物医疗领域CAE解决方案。
生物固体力学
对于常见的生物固体力学问题，其初始的几何模型往往是不能直接得到的，需要通过其他手段得到的，我们利用螺旋CT扫描仪器得到DICOM格式的图像，然后借助三维重建软件建立三维模型，随后利用ANSA软件构造网格模型，最后在功能强大的非线性有限元软件ABAQUS中进行求解，再将结果导入mETA进行后处理。
网格划分与后处理
在生物医学结构网格划分中，由于几何形状的不规则和复合结构的多样性，因此对于任何的有限元分析，必须具有优质的网格模型，以确保求解的正确性。
借助国际公认的最快捷的有限元前后处理软件ANSA，我们能够为生物医疗中的CAE分析提供高质量的网格模型。该软件具备超强的几何清理功能，面网格划分与编辑功能，六面体划分功能，CFD网格划分与边界层网格处理，Morphing网格参数化功能，最强的Batch Mesh批处理网格划分功能，丰富的全主流CAE求解器接口功能等。同时，mETA是一个功能强大的统一CAE分析结果后处理平台，可以直接读取各种主流的结构和流体CAE分析软件的分析结果，进行各种需要的后处理工作。
微植体支抗矫治模型
运动系统仿真
目前许多医学领域产品繁多，且在开发的过程中成本较高。产品开发过程中采用市场调研&产品方案确定&产品开发&hA试验&量产流程，导致开发周期长，成本高，没有充分利用计算机仿真的优势。采用CAE分析方法，由于具有强大的建模功能，能够对复杂的几何形状，材料参数和不同受力条件下的物体进行参数化模拟仿真研究，可得到实验方法无法或难以得到的内部信息。
我们利用Abaqus软件的运动学模块，进行机械运动仿真，可有效解决以上遇到的问题，缩短产品的开发周期和再设计次数，设计出更合理、更符合人体工程学的产品，为人体健康提供更高的保障。
组合式多用腰椎间融合器有限元模型及结果应力分析
膝关节半月板的替换
& &膝关节半月板处在胫骨和股骨之间，其功能为力学垫片和对振动的吸收
& &为了避免迫切的退化，人们增加了对半月板的替换兴趣.
& &膝关节半月板替换的内容包括：异体移植物的替换，人造生物材料的替换和生物组织的替换.
& &存在的挑战主要体现在，异体移植物的大小，形状和材料属性的充足匹配以及外科植入技术和耐磨性
& &使用多空弹性模型来模拟双相局部各项异性软骨
& &使用动力学和外科植入技术模拟接触
在任何足矫正和外科手术之前，都必须对正常脚的生物力学有正确的认识。脚和踝中应力和应变的分布信息是对脚踝复合体认识的提升。对于脚和踝的复杂体的运动和载荷分布，试验是昂贵和困难的。有限元方法允许对脚和软组织之间的关节运动和载荷分布的预测，进行有效的载荷条件，结构和材料变量分析。借助三维几何重构软件和ansa构造出有限元网格模型，在abaqus进行中进行求解。
对于足部的韧带均利用梁单元等效，为便于肌肉力的施加，还建立了连接单元，并将仿真结果与试验结果进行了对比。
足部骨骼及韧带附着点示意图
& & & & & 模型加载及边界条件 & & & & & & & & & & 有限元预测压力中心与实验测量结果对比
骨骼和韧带结构的应力云图
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