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2021年第5期(總第356期)—24—ENERGYCONSERVATION節(jié)能圖6中間開口布液器圖示horizontaltubes-acriticalreview[J].InternationalJournalofRefrigeration,2005,28:635-653.[2]FUJITAY,TSUTSUIM.Experimentalandanalyticalstudyofevaporationheattransferinfallingfilmsonhorizontaltubes[C].Proceedingsofthe10thinternal.[3]MOEYKENSSA,HUEBSCHWW,PATEMB.HeattransferofR134ainsingle-tubesprayevaporationincludinglubrificanteffectsandenhancedsurfaceresults[J].ASHRAETrans,1995,101(1):111-123.[4]HUX,JACOBIAM.Theinter-tubefallingfilm:modeeffectsonsensibleheattransfertoafallingliquidfilm[J].ASMEJHeatTransfer,1996,118:626-633.[5].氯堿工李學斌.影響降膜蒸發(fā)器中成膜原因分析[J]2001,(6):20-21.業(yè),[6].上海:陶堯森.蒸汽壓縮制冷機用的降膜蒸發(fā)器[M]2000.上海交通大學出版社,[7]阮并璐,劉廣彬,趙遠揚,等.制冷系統(tǒng)中水平管降膜式.西安交通大學學報,蒸發(fā)器內部流動數(shù)值模擬[J]2021,42(3):318-322.作者簡介:張寧(1985-),男,河北樂亭人,碩士,助教,研究方向:制冷與低溫技術。收稿日期:2021-02-29;修回日期:2021-03-20布置的情況下,中間開設蒸汽排氣通道對蒸發(fā)器內氣流影響很大。在單一布液器中氣體速度較大,因此導致在蒸發(fā)器中下落的制冷劑液體受氣流擾動較大,出現(xiàn)局部管陣干燥現(xiàn)象。雙布液器中間蒸汽出口承擔較大排氣量,蒸發(fā)管產(chǎn)生的蒸汽與滴落的制冷劑產(chǎn)生沖擊,產(chǎn)生不均勻的流場,中部管陣干蒸,而且較少的管陣布置,減少蒸發(fā)換熱面積。由于蒸發(fā)器下部滿液式蒸發(fā)管沉浸在制冷劑液體中,所產(chǎn)生的蒸汽量較為集中,而中間開孔布液器將中間蒸汽通過中間排氣口疏導出去,使液體分配較均勻。中間開孔布液器更為合理,能夠達到以上兩方面的要求,有利于蒸發(fā)器內部整體流場的優(yōu)化設計。參考文獻[1]RIBATSKIG,JACOBIAM.Fallingfilmevaporationon水平管降膜蒸發(fā)器中不同形式的布液器對內部流場流動影響的數(shù)值模擬_張寧(完整版)實用資料(可以直接使用,可編輯完整版實用資料,歡迎下載)2021年第5期(總第356期)—2—ENERGYCONSERVATION節(jié)能檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧EnergyConservation(Monthly)Sponsor:LiaoningProvincialInstituteofScienceandTechnologyInformationPublisher:EnergyConservationMagazinePublishingHouseChiefEditor:JINNaAddress:No.8,Hunnan2Road,ShenyanghightechinShenyangCity,Liadustrialdevelopmentzone,oningProvince,ChinaPostCode:110181SimulationontheinnerflowofdifferentdistributorsinthefallingfilmevaporatorwithhorizontaltubesZHANGNing,SHAOXue(LiaoningTechnicalCollegeofConstruction,Liaoyang111000,China)Abstract:TheinnerflowofthefallingfilmevaporatorwithhorizontaltubesusingtwophaseflowmodelVOFinFluentissimulated.Threestructuresofdistributorsareposed.Theinnerflowoffallingfilmevaporationisanalyzedrespectively.Thefigofgasliquidphase,velocitycloudmapandXYPlotareobtained.Theresultsshowthatthevaporisdischargedbyvaporoutletwithmiddlevaporoutletdistributor,thelargeheattransferareaisnecessary.Itislikelythatthefallingfluidflowisoptimized.Itcanproviderefrigerantiswelldistributed,sometheoreticalreferencesfordeepresearchworkastosystemdesignandprojectapplyinrefrigeration.Keywords:horizontaltubes;fallingfilmevaporators;distributor;numericalsimulation檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧Abstract:Onthebackgroundofadvocatinggreenideasandbuildinglowcarbonsociety,collegesanduniversitiesshouldbethepioneeroflow-carbonlife.Tobuildalowcarboncampus,whichshouldbeestablishedonthebasisoftheoriginalmodelofcolleges,andregardthecampusasasystemthentoresearchitsmaterialsinput,outputandrecycle.Besides,itshouldchoosethecarbondioxideemissionsasanindicatortoassesstheoperationsofcampussystematpresent.Atmeantime,buildasoundenvironmentfriendlymanagementsystemandputforwardtargetedrecommendationsonimprovementmeasures.Inthispaper,regardCentralSouthUniversity(CSU)astheeconomicsystem,combiningMaterialFlowAnalysisandCarbonFootprintTheory,calculatetheoriginalcarbondioxideemissionsofCSUaboutmaterialandenergyininput,outputandrecycle,thenbuildtheCSUlowcarboncampussystemwithspecificrecommendations.Thuscontributingtoacampusoflowcarbonandsustainabledevelopment.Keywords:low-carboncampus;carbonfootprint;low-carboncampus;managementsystem;sustainabledevelopmentAbstract:Wetmembranehumidifyingtechnologyevolvesfromdirectevaporativecoolingtechnologyonthetheoreticalbasisofheatandmoistureexchange,whichplaysasignificantroleincivilandindustrialproduction.Metalfillertakesadvantagesofpreventionfromfire,dustandcorrosionandtheseprevailinengineeringsmost.Thisarticleestablishedthemathematicalmodelofmetalfillerwetmembranehumidifier,carriedoutthetheoreticalanalysisandnumericalsolution.Onthebaseoftheoreticalanalysisthearticlecanprovidethebasisfordesignofmentalfillerwetfilmhumidifier.Keywords:wetmembranehumidifying;humidificationperformance;theoreticalanalysis;numericalsolution檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧CONTENTSMay.2021Vol.31,No.5TotalIssueNo.356ResearchoflowcarboncampusmodelofCentralSouthUniversityCHENBaoyu,ZHANGSiyu,ZHANGYe,etal(Businessschool,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)19PerformanceanalysisofaircooledheatpumpsystembasedonthesolutiondesiccantcoolingSHANGXin,BAIZhongquan,GAOZhiguo(SchoolofThermalEngineering,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101,China)Abstract:Inordertoconquertheshortageofair-cooledheatpumpsystemwithcoolingdehumidification,suchastheapparatusdewpointneedtoundercooledandreheated,difficulttotemperatureistoolow,adapttochangesintheproportionofsensibleheat,latentheat,energycannotbestored,anewaircooledheatpumpsystem,basedonthesolutiondesiccantcooling,isproposed.AccordingtoaconstructionprojectinJinan,powerconsumptionreducedby12.3%comparedtocoolingdehumidificationairconditioningsystems.Researchindicatesthatthenewsystemhasmanydistinctiveadvantages,reduceairconditioningdehumidificationenergyconsumption,useofrenewableenergy,reducetheconsumptionofhighgradeenergy,easyforalongtimelosslessenergystorage.Thesolardesiccantdehumidification,proventobeanidealalternativeoptiontohandlethelatentloadintheairconditioningsystemwithremarkableenergysavings.Keywords:solarcollector/regenerator;solutiondesiccant;air-cooledheatpump;energyconservation9AnalysisofhumidificationperformanceofmetalfillerwetmembranehumidifierWANGWei,LIUNailing,F(xiàn)ANGDabing,etal(ShandongJianzhuUniversitySchoolofThermalJinan250101,China)EnergyEngineering,25ThesimulationanalysisofpassivesolarhouseswithadditionalsunshineinALaShanpastoralareasMAYuzhi,MENGChangzai(InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China)Abstract:DeST-hsoftwarewasusedtoestablishnumericalmodelsforthepassivesolarhouseswithadditionalsunshine.Accordinglytheannualhourlytemperatureintheresidentialroomduringaheatingperiodwassimulated.ItwasavailableandfeasibletoselectthepassivesolarhouseswithadditionalsunshineinALaShanpastoralareaswhentheaverageindoortemperaturewascalculatedstatisticallyandcomparedbetweenthesolarhousecomparativerooms.Keywords:DeST-hsoftware;simulation;passivesolarhousewithadditionalsunshine1638某城市的近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬:計算結果1張曉志1,2,謝禮立1,3,王海云3,胡進軍11.中國地震局工程力學研究所,黑龍江哈爾濱1500802.哈爾濱航天風華科技股份公司,黑龍江哈爾濱1500403.哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院,黑龍江哈爾濱150001摘要:以某市附近活斷層勘探數(shù)據(jù)為基礎,根據(jù)設定地震、有限斷層模型及有限計算區(qū)域的三維地殼結構模型,采用顯式有限元方法對斷層附近強地面運動影響場進行了數(shù)值模擬。得到了強地面運動影響場及指定地表觀測點的強地面運動時程,并對預測結果作了定性和初步的討論分析。關鍵詞:強地面運動影響場;設定地震;顯式有限元;數(shù)值模擬引言文獻〔1〕利用已知的有關城市《城市活斷層探測與地震危險性評價》前期工作中得到的與建立有限斷層震源模型和3維地殼結構模型相關的部分文字和數(shù)據(jù)資料、結合實際概要說明并給出了該城市在矩震級為6.75wM=的設定地震作用下近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬所涉及的具體計算模型和實用計算方法。本文是文獻〔1〕的續(xù)篇,主要目的是使用文獻〔1〕討論給出的具體計算模型、實用計算方法以及輸入數(shù)據(jù),模擬計算強地面運動影響場并對計算結果進行初步的定性討論分析。1模型與方法本文使用文獻〔1〕討論給出的有限斷層模型、3維地殼結構模型和有限計算區(qū)模型以及計算區(qū)內節(jié)點和人工邊界節(jié)點運動狀態(tài)的顯式實用計算方法。模型參數(shù)、示意圖和輸入數(shù)據(jù)以及計算公式等詳見文獻〔1〕,本文不再贅述。本文得到黑龍江省博士后基金和中國地震局十五項目:“近斷層強地面運動影響場的確定”的資助作者簡介:張曉志(1957-,男,副研究員,博士,主要從事地震工程研究-1--2-2主要計算結果基于以上計算模型、方法和公式,區(qū)分上界埋深為Hkx=?,其中1,5,10k=為正整數(shù)三種情況(400x?=米。本文分別模擬或預測了某城市xF號活斷層在設定地震為6.75wM=時的近斷層強地面運動影響場。每一種情況的主要計算結果包括如下兩個部分:其一是近斷層地表3分量圖1自由地表9個時程輸出節(jié)點示意圖峰值位移場、3分量峰值速度場和3分量峰值加速度場(數(shù)值和圖形結果;其二是近斷層基巖地表9個選定輸出節(jié)點(如圖1所示的3分量位移、速度和加速度時程(數(shù)值和圖形結果。由于圖形結果數(shù)量眾多,限于篇幅,本文只能有選擇地給出部分圖形計算結果??紤]到本文的斷層為正傾滑斷層,輸入斷層節(jié)點運動的走向分量為零,相應地近斷層地表影響場和時程的走向分量或x水平分量為相對弱勢分量,為減少圖形數(shù)量,以下圖形結果中僅給出y水平分量(優(yōu)勢水平分量和豎向分量或z分量。另外,在9個選定的輸出節(jié)點中,1-5號節(jié)點的連線方向與斷層走向垂直(跨越斷層,是傾滑斷層應重點研究的變化方向;其余節(jié)點的連線方向與斷層走向平行,是走滑斷層應重點研究的變化方向,限于篇幅,以下圖形結果中僅給出1-5號節(jié)點的運動時程。另外,為討論方便和減少篇幅,三種上界埋深對應的三組圖形結果,每組有8行2列共16幅圖形(見下文,按矩陣元素的排列方式,分別被編號為圖A11-圖A82、圖B11-圖B82、圖C11-圖C82,在每幅圖形的下方不再予以標明。2.1上界埋深Hx=?時的部分圖形計算結果(圖A11-圖A82-3--4-2.2上界埋深5Hx=?時的部分圖形計算結果(圖B11-圖B82-5--6-2.3上界埋深10Hx=?時的部分圖形計算結果(圖C11-圖C82-7--8-3初步定性討論分析從上述圖形計算結果的總體分析中可以看出:本文正傾滑斷層(傾角75δ=°產(chǎn)生的-9-近斷層強地面運動也不同程度地存在上盤效應(如圖A12、圖B12、圖C12等所示、FlingStep效應(如圖A61、圖A62等所示、速度大脈沖效應(如圖A62、圖B62、圖C62等所示和豎向效應(如圖A31、圖A32等所示。其中前三種效應遠不如文獻〔2〕(逆傾滑斷層傾角45δ=°那樣顯著,但豎向效應卻比文獻〔2〕結果更為顯著。這明顯反映出:近斷層強地面運動的豎向效應有隨傾向角增大而加重的變化趨勢;近斷層強地面運動的上盤效應有隨傾向角增大而減輕的變化趨勢。從上述三組圖形計算結果的對比分析中可以得出上界埋深H是影響近斷層強地面運動的最重要參數(shù)的定性認識。表現(xiàn)為:上界埋深對近斷層強地面運動的峰值有舉足輕重的影響。其定性規(guī)律是:隨上界埋深的增加,地面運動的峰值,尤其是加速度峰值,顯著下降(如圖A31、圖B31、圖C31等所示。這使得我們可以充分利用上界埋深這一不確定性很大的全局震源參數(shù)實現(xiàn)對強地面運動峰值場的有效調控。4結語本文通過使用某城市活斷層探測以及相關分析得到的文字和數(shù)據(jù)資料,采用有限震源運動學模型結合顯式有限元方法預測了該市Fx號活斷層在設定矩震級為6.75wM=時的近斷層強地面運動影響場以及9個指定地表觀測點的強地面運動時程。由于我們可以使用的實際資料中未能包含F(xiàn)x號活斷層的上界埋深信息,本文區(qū)分上界埋深為400Hx=?=米,52000Hx=?=米和104000Hx=?=米三種情況分別給出了相應的預測結果,并對計算結果作了定性和初步的討論分析?,F(xiàn)將主要觀點和存在問題總結如下:本文采用的有限斷層的破裂面積約為2218396S=×=平方公里、斷層上下盤的平均錯動為1.1=米,其破裂規(guī)模相當于Northrige地震,可以較好地反映6.75wM=級設定地震的斷層平均破裂規(guī)模。本文采用的有限計算區(qū)的地表尺度約為60603600S=×=平方公里(以斷層在地表的投影為幾何中心。相應的圖形計算結果表明:上述地表計算區(qū)尺度可以較好地覆蓋設定地震在地表產(chǎn)生的強烈振動的波及范圍。本文采用的時空離散步距分別為0.04t?=秒和400x?=米,這樣的時空離散步距對應的數(shù)值模擬結果已經(jīng)具有實際工程參考意義,但其時間域的高頻精度和空間域的短波精度存在不足。一般地,取時空離散步距分別為0.01t?≤秒和100x?≤米可以使數(shù)值模擬結果具有足夠的高頻和短波精度。但這將大規(guī)模增加開放系統(tǒng)的自由度并超出計算機現(xiàn)有的存儲和運算能力,是當前以接近真實的規(guī)模、高精度數(shù)值模擬近斷層強地面運動的一個瓶頸問題。在時空離散步距較大的情況下,如本文的0.04t?=秒和400x?=米,數(shù)值解經(jīng)常會出現(xiàn)阻尼穩(wěn)定性和人工邊界的近場穩(wěn)定性問題。本文采用的求解方法很好地克服了這兩個方面的問題,表明本文求解方法具有較好的數(shù)值精度和穩(wěn)定性。定性地看,本文的計算結果與人們對近斷層強地面運動特征(如上盤效應、豎向效應、FlingStep效應和速度大脈沖現(xiàn)象的現(xiàn)有認識有較好的一致性,表明了本文采用的震源模型和計算方法的可行性和科學性。上界埋深對近斷層強地面運動的峰值特征有重要的影響。特別地,隨上界埋深的增加,地面運動的峰值顯著下降。這使得我們可以充分利用上界埋深這一不確定性很大的全局震源參數(shù)實現(xiàn)對強地面運動峰值場的有效調控。除斷層的上屆埋深外,斷層的傾向角和錯動方式或滑動角也是影響近斷層強地面運動特征的主要參數(shù),對此作者將另文逐一加以研究和討論。參考文獻:[1]張曉志,謝禮立,王海云,胡進軍。某城市的近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬:模型與方法。中國科技論文在線,2005年4月?日。[2]張曉志,謝禮立,王海云,胡進軍。近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬的示意性算例[J]。中國科技論文在線,2005年4月5日。Simulatingresultsofnear-faultgroundmotionfieldforacitybyexplicitfiniteelementmethodZhangXiaozhi1,2,XieLili1,3,WangHaiyun3,HuJinjun1(1.InstituteofEngineeringMechanics,ChinaEarthquakeAdministration,Harbin150080,China;2.HarbinFenghua-AerospaceHi-TecHCo.,Ltd.,Harbin150040,China;3.SchoolofCivilEngineeringHarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,ChinaAbstract:Basedonthedataofactivefaultreconnaissance,thescenarioearthquake,finite-faultmodelandvelocitystructureoffinitecomputingregionaregiventosimulatethenear-faultgroundmotions.Throughtheexplicitfiniteelementmethod,thenear-faultstronggroundmotionfieldandtimehistoryofsomespecificsitesaremodeled.Intheend,somepreliminaryandqualitativeanalysisaregiven.Keywords:stronggroundmotionfield;scenarioearthquake;explicitfiniteelement;numericalsimulation-10-總裝配圖上的主動軸和從動軸是平行的,而課題要求的是交叉軸,應該是成90度關系。某城市的近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬:計算結果1張曉志1,2,謝禮立1,3,王海云3,胡進軍11.中國地震局工程力學研究所,黑龍江哈爾濱1500802.哈爾濱航天風華科技股份公司,黑龍江哈爾濱1500403.哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院,黑龍江哈爾濱150001摘要:以某市附近活斷層勘探數(shù)據(jù)為基礎,根據(jù)設定地震、有限斷層模型及有限計算區(qū)域的三維地殼結構模型,采用顯式有限元方法對斷層附近強地面運動影響場進行了數(shù)值模擬。得到了強地面運動影響場及指定地表觀測點的強地面運動時程,并對預測結果作了定性和初步的討論分析。關鍵詞:強地面運動影響場;設定地震;顯式有限元;數(shù)值模擬引言文獻〔1〕利用已知的有關城市《城市活斷層探測與地震危險性評價》前期工作中得到的與建立有限斷層震源模型和3維地殼結構模型相關的部分文字和數(shù)據(jù)資料、結合實際概要說明并給出了該城市在矩震級為6.75wM=的設定地震作用下近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬所涉及的具體計算模型和實用計算方法。本文是文獻〔1〕的續(xù)篇,主要目的是使用文獻〔1〕討論給出的具體計算模型、實用計算方法以及輸入數(shù)據(jù),模擬計算強地面運動影響場并對計算結果進行初步的定性討論分析。1模型與方法本文使用文獻〔1〕討論給出的有限斷層模型、3維地殼結構模型和有限計算區(qū)模型以及計算區(qū)內節(jié)點和人工邊界節(jié)點運動狀態(tài)的顯式實用計算方法。模型參數(shù)、示意圖和輸入數(shù)據(jù)以及計算公式等詳見文獻〔1〕,本文不再贅述。本文得到黑龍江省博士后基金和中國地震局十五項目:“近斷層強地面運動影響場的確定”的資助作者簡介:張曉志(1957-,男,副研究員,博士,主要從事地震工程研究-1--2-2主要計算結果基于以上計算模型、方法和公式,區(qū)分上界埋深為Hkx=?,其中1,5,10k=為正整數(shù)三種情況(400x?=米。本文分別模擬或預測了某城市xF號活斷層在設定地震為6.75wM=時的近斷層強地面運動影響場。每一種情況的主要計算結果包括如下兩個部分:其一是近斷層地表3分量圖1自由地表9個時程輸出節(jié)點示意圖峰值位移場、3分量峰值速度場和3分量峰值加速度場(數(shù)值和圖形結果;其二是近斷層基巖地表9個選定輸出節(jié)點(如圖1所示的3分量位移、速度和加速度時程(數(shù)值和圖形結果。由于圖形結果數(shù)量眾多,限于篇幅,本文只能有選擇地給出部分圖形計算結果。考慮到本文的斷層為正傾滑斷層,輸入斷層節(jié)點運動的走向分量為零,相應地近斷層地表影響場和時程的走向分量或x水平分量為相對弱勢分量,為減少圖形數(shù)量,以下圖形結果中僅給出y水平分量(優(yōu)勢水平分量和豎向分量或z分量。另外,在9個選定的輸出節(jié)點中,1-5號節(jié)點的連線方向與斷層走向垂直(跨越斷層,是傾滑斷層應重點研究的變化方向;其余節(jié)點的連線方向與斷層走向平行,是走滑斷層應重點研究的變化方向,限于篇幅,以下圖形結果中僅給出1-5號節(jié)點的運動時程。另外,為討論方便和減少篇幅,三種上界埋深對應的三組圖形結果,每組有8行2列共16幅圖形(見下文,按矩陣元素的排列方式,分別被編號為圖A11-圖A82、圖B11-圖B82、圖C11-圖C82,在每幅圖形的下方不再予以標明。2.1上界埋深Hx=?時的部分圖形計算結果(圖A11-圖A82-3--4-2.2上界埋深5Hx=?時的部分圖形計算結果(圖B11-圖B82-5--6-2.3上界埋深10Hx=?時的部分圖形計算結果(圖C11-圖C82-7--8-3初步定性討論分析從上述圖形計算結果的總體分析中可以看出:本文正傾滑斷層(傾角75δ=°產(chǎn)生的-9-近斷層強地面運動也不同程度地存在上盤效應(如圖A12、圖B12、圖C12等所示、FlingStep效應(如圖A61、圖A62等所示、速度大脈沖效應(如圖A62、圖B62、圖C62等所示和豎向效應(如圖A31、圖A32等所示。其中前三種效應遠不如文獻〔2〕(逆傾滑斷層傾角45δ=°那樣顯著,但豎向效應卻比文獻〔2〕結果更為顯著。這明顯反映出:近斷層強地面運動的豎向效應有隨傾向角增大而加重的變化趨勢;近斷層強地面運動的上盤效應有隨傾向角增大而減輕的變化趨勢。從上述三組圖形計算結果的對比分析中可以得出上界埋深H是影響近斷層強地面運動的最重要參數(shù)的定性認識。表現(xiàn)為:上界埋深對近斷層強地面運動的峰值有舉足輕重的影響。其定性規(guī)律是:隨上界埋深的增加,地面運動的峰值,尤其是加速度峰值,顯著下降(如圖A31、圖B31、圖C31等所示。這使得我們可以充分利用上界埋深這一不確定性很大的全局震源參數(shù)實現(xiàn)對強地面運動峰值場的有效調控。4結語本文通過使用某城市活斷層探測以及相關分析得到的文字和數(shù)據(jù)資料,采用有限震源運動學模型結合顯式有限元方法預測了該市Fx號活斷層在設定矩震級為6.75wM=時的近斷層強地面運動影響場以及9個指定地表觀測點的強地面運動時程。由于我們可以使用的實際資料中未能包含F(xiàn)x號活斷層的上界埋深信息,本文區(qū)分上界埋深為400Hx=?=米,52000Hx=?=米和104000Hx=?=米三種情況分別給出了相應的預測結果,并對計算結果作了定性和初步的討論分析?,F(xiàn)將主要觀點和存在問題總結如下:本文采用的有限斷層的破裂面積約為2218396S=×=平方公里、斷層上下盤的平均錯動為1.1=米,其破裂規(guī)模相當于Northrige地震,可以較好地反映6.75wM=級設定地震的斷層平均破裂規(guī)模。本文采用的有限計算區(qū)的地表尺度約為60603600S=×=平方公里(以斷層在地表的投影為幾何中心。相應的圖形計算結果表明:上述地表計算區(qū)尺度可以較好地覆蓋設定地震在地表產(chǎn)生的強烈振動的波及范圍。本文采用的時空離散步距分別為0.04t?=秒和400x?=米,這樣的時空離散步距對應的數(shù)值模擬結果已經(jīng)具有實際工程參考意義,但其時間域的高頻精度和空間域的短波精度存在不足。一般地,取時空離散步距分別為0.01t?≤秒和100x?≤米可以使數(shù)值模擬結果具有足夠的高頻和短波精度。但這將大規(guī)模增加開放系統(tǒng)的自由度并超出計算機現(xiàn)有的存儲和運算能力,是當前以接近真實的規(guī)模、高精度數(shù)值模擬近斷層強地面運動的一個瓶頸問題。在時空離散步距較大的情況下,如本文的0.04t?=秒和400x?=米,數(shù)值解經(jīng)常會出現(xiàn)阻尼穩(wěn)定性和人工邊界的近場穩(wěn)定性問題。本文采用的求解方法很好地克服了這兩個方面的問題,表明本文求解方法具有較好的數(shù)值精度和穩(wěn)定性。定性地看,本文的計算結果與人們對近斷層強地面運動特征(如上盤效應、豎向效應、FlingStep效應和速度大脈沖現(xiàn)象的現(xiàn)有認識有較好的一致性,表明了本文采用的震源模型和計算方法的可行性和科學性。上界埋深對近斷層強地面運動的峰值特征有重要的影響。特別地,隨上界埋深的增加,地面運動的峰值顯著下降。這使得我們可以充分利用上界埋深這一不確定性很大的全局震源參數(shù)實現(xiàn)對強地面運動峰值場的有效調控。除斷層的上屆埋深外,斷層的傾向角和錯動方式或滑動角也是影響近斷層強地面運動特征的主要參數(shù),對此作者將另文逐一加以研究和討論。參考文獻:[1]張曉志,謝禮立,王海云,胡進軍。某城市的近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬:模型與方法。中國科技論文在線,2005年4月?日。[2]張曉志,謝禮立,王海云,胡進軍。近斷層強地面運動影響場顯式有限元數(shù)值模擬的示意性算例[J]。中國科技論文在線,2005年4月5日。Simulatingresultsofnear-faultgroundmotionfieldforacitybyexplicitfiniteelementmethodZhangXiaozhi1,2,XieLili1,3,WangHaiyun3,HuJinjun1(1.InstituteofEngineeringMechanics,ChinaEarthquakeAdministration,Harbin150080,China;2.HarbinFenghua-AerospaceHi-TecHCo.,Ltd.,Harbin150040,China;3.SchoolofCivilEngineeringHarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,ChinaAbstract:Basedonthedataofactivefaultreconnaissance,thescenarioearthquake,finite-faultmodelandvelocitystructureoffinitecomputingregionaregiventosimulatethenear-faultgroundmotions.Throughtheexplicitfiniteelementmethod,thenear-faultstronggroundmotionfieldandtimehistoryofsomespecificsitesaremodeled.Intheend,somepreliminaryandqualitativeanalysisaregiven.Keywords:stronggroundmotionfield;scenarioearthquake;explicitfiniteelement;numericalsimulation-10-設計計算內壓圓筒開孔接管長度對有限元計算結果的影響12311劉海剛,馬嫄情,蘇文獻,朱惠春,張世程(1.中國船舶重工集團公司第七一一研究所,上海202108;2.開利空調冷凍研發(fā)管理(上海),上海202106;3.上海理工大學化工過程機械研究所,上海200093)摘采用有限元進行強度分要:圓柱筒體開孔接管結構是壓力容器和管道系統(tǒng)較常用的結構之一,接管長度的選取對計算結果有很大影響。分五組共計84個模型對不同接管直徑、壁厚,不同析時,筒體直徑、壁厚條件下內壓圓筒上不同接管長度對有限元計算結果的影響進行分析比較,結果表明,有限元計算的模型選取上,接管長度需遠大于2.5關鍵詞:內壓圓筒;接管長度;有限元分析中圖分類號:TH123;TQ053.6文獻標識碼:A文章編號:1001-4837(2021)03-0-05doi:10.3969/j.issn.1001-4837.2021.03.004InfluenceofNozzleLengthontheFiniteElementCalculationforCylindricalShellsunderInternalPressureLIUHai-gang1,MAYuan-qing2,SUWen-xian3,ZHUHui-chun1,ZHANGShi-cheng1(1.ShanghaiMarineDieselEngineResearchInstitute,Shanghai202108,China;2.CarrierAirCondition-Ltd.,Shanghai202106,China;3.InstituteofingRefrigerationResearch&Management(Shanghai)Co.,ChemicalMachinery&ProcessEquipment,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)Abstract:Opening-nozzlestructureofcylindricalshellisusuallyusedinthepressurevesselandthepipesystem.Thelengthofthenozzlehasgreatinfluenceonthestressresultsbyusingfiniteelementmeth-od.Thisarticleapplies84modelsinfivegroupsforcomparativetheinfluenceofthedifferentnozzlelengthtothefiniteelementresultunderdifferentnozzlediameterandnozzlethickness,differentshelldiameterandshellthickness.Theresultshowsthatthelengthofthenozzleismuchmorethan2.5forthebuildingofthefiniteelementmodel.Keywords:cylindricalshellunderinternalpressure;nozzlelength;finiteelementanalysis0引言在石油化工領域,圓柱筒體開孔接管結構是得開孔接管部位成為容器失效的源頭。美國焊接[1-2][3-4]及WRC297提研究委員會公報WRC107出了由外載荷引起局部應力的計算方法,但是WRC107不能反映接管壁厚變化對應力的影響,[5]而WRC297又過于保守。為精確求解,目前通壓力容器和管道系統(tǒng)較常用的結構之一,通常在筒體與接管的連接部位會產(chǎn)生應力集中,從而使·20·常采用有限元方法對開孔接管區(qū)進行應力分析,第30卷第3期壓力容器總第244期[6-11],獲得連接部位的應力分布在這些分析中,對于接管長度的選取,一般都是憑借經(jīng)驗,或者根力SⅣ,結果見表1。將表中數(shù)據(jù)進行繪圖,圖中的倍數(shù),橫坐標設置為接管長度與其相應縱結果如圖5所示。坐標為應力強度,據(jù)不連續(xù)應力的局部性按照接管長度大于2.5進行選取。筆者在工程實踐中發(fā)現(xiàn)接管長度選取對有限元計算結果有很大影響,且接管時,長度選取遠大于2.5隨著接管長度增加,連接處應力仍然出現(xiàn)較大變化,文中采用有限元分析軟件ANSYS12.1對該問題進行研究。11.1有限元模型及計算有限元模型選取一圓筒開孔接管模型,如圖1所示,材料5彈性模量E為2×10MPa,泊松比為為Q345R,0.3。首先設定第一組筒體長度L為4000mm,內徑D為2000mm,壁厚T為28mm,接管外徑d為600mm,壁厚t為20mm的模型,分別選取接管長度100~1600mm共16個模型進行計算。圖2開孔接管1/4模型圖3開孔接管有限元模型圖1開孔接管結構幾何尺寸示意由于該結構的對稱性,為便于計算,選取1/4模型進行分析,結構如圖2所示。為保證計算結模型選擇20節(jié)點的Solid95單元,果的精確性,且沿壁厚方向劃分三層網(wǎng)格,有限元模型如圖3所示。加載時,在1/4模型兩個對稱面分別施加對稱約束,筒體端面約束軸向和環(huán)向位移。筒體及接管內壁施加壓力P=1.2MPa,接管端面按照下式施加等效平衡載荷:d2pc=-2Pd-(d-2t)21.2后處理及分組計算后處理分別選擇如圖4所示3條路徑進行評獲得其局部薄膜應力SⅡ和一次應力+二次應定,圖4應力評定線從圖5中可以看出,隨著接管長度的增加,路徑1和路徑3的薄膜應力SⅡ和一次應力+二次應力SⅣ都是先下降后趨于穩(wěn)定,路徑2的薄膜應力SⅡ隨接管長度變化很小,而一次應力+二次應最后趨于穩(wěn)定。以路徑1力SⅣ則先下降后上升,作為研究對象,路徑1曲線趨于穩(wěn)定時為基準,其·21·CPVT內壓圓筒開孔接管長度對有限元計算結果的影響Vol30.No32021SⅣ約為192.5應力穩(wěn)定時SⅡ約為142.5MPa,MPa,考慮到工程允許誤差一般為5%,因此考慮5%誤差后,SⅣ為工程計算SⅡ為149.6MPa,202.1MPa,將這兩個應力值分別代入圖5(a)中進行查表,可以看出其接管長度分別約為8.4。和9.4該長度遠大于2.5為進一步研究接管直徑、接管厚度以及筒體筒體壁厚對以上結果的影響,在第一組結構直徑、的基礎上分別改變接管直徑(d選取1000mm)、表1接管長度l/mm路徑1SⅡ/MPa192.1181.5172.2163.1157.0153.1150.3148.2146.6145.4144.6143.9143.4143.0142.8142.6SⅣ/MPa251.5233.7225.7218.9212.7207.6203.6200.6198.3196.6195.4194.4193.7193.1192.7192.4接管壁厚(t選取26mm)、筒體直徑(D選取1200mm)、筒體壁厚(T選取20mm)進行計算,分別編號第二組,第三組,第四組,第五組,詳細尺寸見表2。對每一組模型的接管長度進行改變,分別計算,獲得局部薄膜應力SⅡ和一次應力+二次應力SⅣ,將路徑1所得結果進行繪圖整理,獲得應力強度與接管長度的變化趨勢,如圖6~9所示,圖中的倍數(shù),縱橫坐標設置為接管長度與其相應坐標為應力強度。第一組結構計算結果路徑2SⅡ/MPa149.9146.8145.4145.3145.7146.1146.2146.1146.0145.8145.5145.3145.1144.9144.8144.7SⅣ/MPa174.5169.1161.7164.4177.4187.1193.6197.8200.5202.2203.2203.8204.1204.2204.3204.3SⅡ/MPa175.9165.8156.4147.9142.6139.5137.4135.9134.8133.9133.3132.8132.4132.1131.9131.7路徑3SⅣ/MPa217.9201.1188.4181.4179.8178.7177.6176.7175.8175.1174.5174.1173.7173.4173.1172.9(a)不同接管長度,路徑1局部薄膜應力SⅡ和一次應力+二次應力SⅣ(b)不同接管長度,路徑2局部薄膜應力SⅡ和一次應力+二次應力SⅣ·22·第30卷第3期壓力容器總第244期SⅣ隨接管長度的變化趨勢都與第一組完全相似。分別取出這四組應力趨于穩(wěn)定時的SⅡ和SⅣ,再考慮5%的工程誤差,根據(jù)計算出的應力值在圖整理數(shù)據(jù)如表3所示。中查找其對應的接管長度,(c)不同接管長度,路徑3局部薄膜應力SⅡ和一次應力+二次應力SⅣ圖5第一組結構結果評定表2模型分組圖7第三組結構路徑1結果評定序號第一組第二組第三組第四組第五組筒體長度接管壁厚L/mmD262圖8第四組結構路徑1結果評定圖6第二組結構路徑1結果評定2結果分析及討論(1)從以上四組結果可以看出,每組模型所評路徑局部薄膜應力SⅡ和一次應力+二次應力圖9第五組結構路徑1結果評定·23·CPVT內壓圓筒開孔接管長度對有限元計算結果的影響表3結果分析5%誤差時SⅡ對應接管長度/8.46.37.910.29.4Vol30.No32021序號第一組第二組第三組第四組第五組穩(wěn)定時應力SⅡ/MPa142.5197.5124.5100194穩(wěn)定時應力SⅣ/MPa192.5258.5172.5136257.55%誤差時應力5%誤差時應力SⅡ/MPaSⅣ/MPa149.6207.4130.7105203.7202.1271.4181.1142.8270.45%誤差時SⅣ對應接管長度/9.46.97.710.79.2(2)從表3可以看出,對于第二組模型,應力后趨于穩(wěn)定,SⅣ在接強度SⅡ在接管大于6.3后趨于穩(wěn)定;對于第三組模管長度大于6.9后趨于穩(wěn)型,應力強度SⅡ在接管大于7.9SⅣ在接管長度大于7.7后趨于穩(wěn)定;對定,于第四組模型,應力強度SⅡ在接管大于10.2SⅣ在接管長度大于10.7后趨后趨于穩(wěn)定,于穩(wěn)定;對于第五組模型,應力強度SⅡ在接管大后趨于穩(wěn)定,SⅣ在接管長度大于于9.49.2后趨于穩(wěn)定。可見,筒體壁厚與筒體直徑都會影響連接處應力穩(wěn)定所需要的接管長度。從表中五組數(shù)據(jù)都可以看出,筒體與接管連接處。應力穩(wěn)定所需接管長度均遠大于2.5(3)對于受邊緣力和力矩作用的圓柱殼,離時縱向彎矩衰減了邊緣的距離大于2.595.7%[12]。但是對于開孔接管模型,由于其結構及載荷不同,工程上應根據(jù)具體模型和載荷情況進行分析。3結語inSphericalandCylindricalShellDuetoExternalLoading[R].WRCBulletin,1979:107.[2]郭小聯(lián),孔帥.WRC107總應力強度計算的適用性J].壓力容器,2021,28(1):6-11.研究[[3]MershonJL,MokhtarianK,RanjanGV,etal.LocalStressesinCylindricalShellsDuetoExternalLoadingsonNozzles-SupplementtoWRCBulletinNo.107[R].WRCBulletin,1984:297.[4]蘇陽.《WRC-297號公報》J].化的計算方法簡介[1990,2(2):12-15.工設備設計,[5]林楊杰,金玉龍,蘇文獻.壓力容器開孔接管局部應.化工設備與管道,2021,48力計算方法研究[J](6):1-5.[6]王定標,魏新利,向颯,等.壓力容器切向開孔接管J].石油機械,2006,34(4):5-區(qū)的應力分析設計[7.[7]左春梅,徐慶,董金善,等.有限元在雙開孔應力分J].現(xiàn)代制造工程,2021,(2):97-98,析中的應用[110.[8]張小平,賀小華.圓柱殼雙開孔-接管結構的應力J].輕工機械,2021,30(1):22-26.分布研究[[9]唐清輝,李磊.接管軸向載荷對內壓圓筒強度性能J].石油機械,2021,36(1):64-68.的影響[[10]毛苗,江楠.內壓圓筒上不同接管型式的有限元分J].石油化工設備技術,2021,31(5):34-40.析[[11]劉有艷,周昌玉.壓力容器接管部位的可靠性設計J].壓力容器,2021,28(1):18-22.研究[[12]鄭津洋,.董其伍,桑芝富,等.過程設備設計[M]2005:41-42.北京:化學工業(yè)出版社,分五組共計84個模型,對不同接管直徑、壁不同筒體直徑、壁厚條件下內壓圓筒上接管長厚,度對有限元計算結果的影響進行分析,結果表明接管長度選取對應力結果有很大影響,且有限元計算的模型選取上,接管長度需遠大于2.5時應力才會穩(wěn)定,接管選取較短時將會使計算過于保守。參考文獻:[1]WichmanKR,HopperAG,MershonJL.LocalStress·24·收稿日期:2021-12-13修稿日期:2021-01-11作者簡介:劉海剛(1986-),男,工程師,主要從事化工裝備設計及強度分析工作,通信地址:202108上海市閔行區(qū)E-mail:haigang-華寧路3111號中船重工711所能裝部,liu@126.com。雙金屬復合管塑性成型有限元模擬*杜清松1曾德智2,3楊斌2張智2黃黎明3(1.中國石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心2.西南石油大學3.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院杜清松等.雙金屬復合管塑性成型有限元模擬.天然氣工業(yè),2021,28(9:6466.摘要隨著高含二氧化碳、硫化氫及元素硫等油氣田的相繼出現(xiàn),油管、套管的腐蝕問題越來越突出,并直接影響到油氣田的經(jīng)濟開發(fā)和安全開采。針對機械復合管塑性成型過程中的力學問題進行了有限元模擬研究,建立了模擬雙金屬復合管塑性成型的參數(shù)化有限元力學模型。通過有限元模擬研究,得出了雙金屬復合管所需的最小成型壓力和成型后內外管間的結合力,分析了雙金屬復合管在塑性成型過程中內外管的接觸壓力、徑向應力應變等力學特性。計算實例表明,該模型的幾何尺寸、材料模型以及加載壓力等參數(shù)均可以根據(jù)計算需要設定,可用于模擬不同材質和不同尺寸的雙金屬管在塑性成型過程中的力學特性研究。主題詞完井硫化氫油管腐蝕雙金屬復合管模型隨著石油天然氣勘探開發(fā)的發(fā)展,油氣開采面臨的環(huán)境越來越惡劣,特別是高含二氧化碳、硫化氫及元素硫等油氣田的相繼出現(xiàn),使得石油管道的腐蝕、結蠟、結垢等問題越來越突出,并直接影響到油氣田開發(fā)的經(jīng)濟效益[13]。對于含硫氣田,還有可能導致重大安全事故和環(huán)境問題。因此,研究雙金屬復合管防腐新技術具有十分重要的工程意義。雙金屬復合管是在普通集輸管內覆上一層薄壁耐腐蝕合金,其兩端釆用特殊方法焊接或特殊結構連接,耐腐蝕金屬可根據(jù)油氣田腐蝕環(huán)境選擇,常選用22Cr、鎳基合金825等,管線建成后無需加注緩蝕劑,后期運行、維護方便,綜合經(jīng)濟效益優(yōu)良[46]。雙金屬復合管主要分為兩類:一類是機械塑性成型復合管[7],一類是冶金復合管[8]。冶金復合管成本是整體耐腐蝕合金的50%左右,而機械復合管是整體耐腐蝕合金管的30%左右,筆者針對機械復合管塑性成型過程進行了有限元模擬,為復合管的塑性成型技術提供了理論依據(jù)。一、有限元力學模型的建立為了便于分析,在此不考慮管子的初始幾何缺陷(橢圓度、壁厚不均度等,認為雙金屬復合管成型前內外管均為理想的圓筒。根據(jù)雙金屬復合管的成型過程可知,內外管幾何特征以及加載壓力的分布都具有軸對稱性特點。因此,可以將該問題簡化為軸對稱平面應力問題處理。筆者建立的有限元模型實為參數(shù)化模型,為了闡述有限元模擬的過程,均以88.9(6.45+1mm復合管的成型過程為例進行說明。所建立的有限元模型如圖1所示。在圖1中,外管外徑為88.9mm,外管壁厚為6.45mm;內管壁厚為1mm;內外管間半徑間隙為1mm。內管為某耐腐蝕合金鋼管,外管為NT80SS油管,內外管管材的基本力學參數(shù)如表1所示。在復合管成型過程中,外管只發(fā)生彈性變形,故按線彈性模型計算;內管發(fā)生較大塑性變形,此時內管的材料模型按剛塑性線性強化模型計算。由于復合管的幾何結構和成型過程中的受力狀況均具有軸對稱性,屬于軸對稱平面應力問題,因此對內外管施加軸對稱約束。圖1雙金屬復合管有限元模型圖64鉆井工程天然氣工業(yè)2021年9月表1管材的力學參數(shù)表材料代號屈服強度(MPa抗拉強度(MPa延伸率(%彈性模量(MPa泊松比備注耐腐蝕合金240500451.951050.3內管NT80SS551760182.061050.3外管二、有限元模擬結果(1最小成型壓力計算。對于內外管有間隙的雙金屬復合管經(jīng)過3個階段完成整個成型過程的模擬。第一階段,消除間隙;第二階段,內外管同步膨脹;第三階段,卸載。當內外管在壓力作用下剛好貼合在一起時的加載壓力稱為最小成型壓力(pmin。最小成型壓力是機械復合管成型和復合管力學性能的重要指標,因而計算雙金屬復合管的最小成型壓力具有重要意義。有限元計算最小成型壓力的基本思路是:首先輸入一定的加載壓力(p,然后再卸載,卸載后查看內外管的結合力以及內外管間的間隙是否為零;如果不滿足上述兩條件,不斷改變加載壓力,直到條件滿足為止,此時的加載壓力就是所求的最小加載壓力。當加載壓力為43.90MPa時,計算可得內外管間間隙及內外管結合面的結合力大約為零。因此,可以認為最小成型壓力為43.90MPa。(2成型過程中內外管間的接觸壓力分析。雙金屬復合管成型后內管和外管間的接觸壓力(結合力是衡量復合管力學特性的重要指標[9]。為了研究復合管液壓成型過程中內外管間接觸壓力的變化,按照加載步驟來分析每一個加載步驟完成后的接觸壓力,有限元模擬的結果如圖2~4所示。由圖2、3和圖4可知,在間隙消除階段,內外管處于從未接觸到剛好接觸的狀態(tài),內外管間的接觸壓力為零;在內外管同步膨脹階段,內外管間的接觸壓力由零增加到最大值;在卸載階段,當內管內壁上的加載壓力逐漸卸載到零后,接觸壓力也逐漸降為零。這與實際情況是相吻合的,可見筆者所建立的有限元模型是合理,可模擬復合管在成型過程中的力學特性。圖2間隙消除階段應力云圖圖3同步膨脹階段應力云圖圖4卸載后應力云圖(3成型過程中外管的周向應變分析。雙金屬復合管在加載過程中,內外管同步膨脹變形。對于實驗測量而言,直接而且容易測量到的數(shù)據(jù)就是外管的變形。根據(jù)復合管的成型原理可知,復合管的外管在成型后由于殘余接觸壓力(結合力的作用,將有一定的殘余彈性應變。根據(jù)這一力學特性,可由測得的實驗數(shù)據(jù)來驗證有限元模型計算分析的正確性。外管在各個加載步驟的周向應變模擬結果如圖5~7所示。從圖5、6和圖7可以看出,外管的應變是與內外管間的接觸壓力(如圖2~4所示是相圖5間隙消除階段應變云圖圖6同步膨脹階段應變云圖65第28卷第9期天然氣工業(yè)鉆井工程圖7卸載后應變云圖對應的,其變化規(guī)律與內外管間接觸壓力的變化規(guī)律完全相同,這和實際情況吻合。三、結論建立了模擬雙金屬復合管塑性成型的參數(shù)化有限元力學模型。該模型的幾何尺寸、材料模型以及加載壓力等參數(shù)均可以根據(jù)計算需要設定,可用于模擬不同材質和不同尺寸的雙金屬管在塑性成型過程中的力學特性。計算實例表明,所建立的雙金屬復合管塑性成型有限元力學模型及其分析方法是合理的,可以為工程實踐提供理論依據(jù)。參考文獻[1]姜放.高酸性氣田金屬材料的實驗室評價方法研究[J].天然氣工業(yè),2004,24(10:105107.[2]劉志德,黃黎明,楊仲熙,等.高含硫環(huán)境中地面集輸管線材質腐蝕影響因素[J].天然氣工業(yè),2004,24(12:122123.[3]張智,施黛艷,施太和.高產(chǎn)氣井油管腐蝕模擬研究[J].天然氣工業(yè),2005,25(1:103105.[4]GOMEZX,ECHEBERRIAJ.MicrostructureandmechanicalpropertiesofcarbonsteelA2102superalloySanicro28bimetallictubes[J].MaterialScienceandEngineering,2003,348(122:180191.[5]ALCARAZJL,GILSEVILLANOJ.Ananalysisoftheextrusionofbimetallictubesbynumericalsimulation[J].InternationalJournalofMechanicSciences,1996,38(2:157173.[6]MAEKA.SPENCEandCESV.ROSCOE.BimetalCRAlinedpipeemployedforNorthSeafielddevelopment[J].Oil&GasJournal,1999,97(18:8088.[7]ROMMERSKIRCHENI.Newprogresscaps10yearsofworkwithbubipipes[J].WorldOil,2005,226(7:6970.[8]!?#?.!.%&?(?+,??&?./012.13145,2(??.13?16?7?1..17?1881,?16?191,2(3([J].(7.2.1:,?;,1992,(9:3031.[9]SpecificationforCRAcladorlinedsteelpipe[S].APISpecification5LDSecondEdition,1998.(收稿日期20210327編輯鐘水清(上接第63頁眼以后可增大泄油面積,有利于提高油井產(chǎn)量。該技術不

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