针对管道输送介质泄漏段管外环境复杂、修复作业难度大、耗时长等问题,设计了一种全新的楔形扩张式管内封堵装置,以及由密封胶筒与支撑胶筒组成的密封件结构。采用有限元法,建立了由密封胶筒、锥体和自密封结构组成的密封件数值分析模型,通过对不同结构参数即锥体厚度、胶筒材料硬度、胶筒内径子厚度和倒角、胶筒外径子厚度和倒角、碗形半径和边缘厚度的分析计算,优选出可用于管输压力2.5 MPa的内封堵密封件。该装置能够快速实施泄漏段内封堵,避免管外清理作业,可用于热力管网、化工管道等管外环境复杂的泄漏事故应急处理。

在石油管道和井下作业工具中,存在大量不等径连续变截面圆管结构,其压降计算还没有可靠的理论公式。特别是大型水力压裂施工过程中,高速流体通过压裂管柱及工具的连续变截面结构时,产生的压力损失不容忽视,需准确计算。通过对进出口不等径的缩扩和扩缩结构进行理论和数值模拟分析,得到了进出口不等径的缩扩和扩缩结构压降计算公式,进一步推演出了不等径连续变截面圆管结构压降计算公式,为石油管道、工具及地面其他输流管线内部存在的连续变截面圆管结构压降计算提供可靠的方法和理论依据。

圆筒内旋转细长管是石油钻采工程中特有结构细长管不仅与圆筒发生碰撞接触还与管内流体和管外环空流体耦合是一个复杂的非线性流固耦合系统。细长管固体域离散成梁单元采用非线性碰撞接触动力学方程描述;管内外流体离散成六面体单元采用计算流体动力学方程描述在耦合界面处用任意拉格朗日欧拉法动网格来处理运动界面。根据梁单元位移形函数推导了界面力、界面位移计算公式和收敛准则建立了分域耦合动力学模型和数值计算方法解决了耦合界