基于FEPG的多圈管冻结温度场有限元计算软件的研发

论文摘要

在深井冻结法凿井工程中,多圈管冻结壁温度场的分析计算是冻结壁设计的基础。因此,研究掌握多圈管冻结条件下冻结壁温度场的计算方法,具有非常重要的理论和现实意义。国际通用的有限元软件在温度场的数值模拟方面有着广泛的应用,但其价格高昂,对人工多圈管冻结法凿井工程中的一些实际问题应用起来并不方便,比如分期冻结方案的模拟问题、冻结管发生断裂后的温度场计算问题、考虑冻结管偏斜条件下的计算模型建立问题等。FEPG(Finite Element Program Generator)是一种有限元程序自动生成系统,其最大特点是可以根据虚功方程产生计算所需的源程序,用户可以直接修改内部参数,控制计算过程。本文即利用FEPG平台,开发多圈管冻结温度场的有限元计算程序。论文对如何生成该源程序进行了深入细致的分析,对如何用FEPG的有限元(描述)语言编写控制方程文件及计算方法文件、各个文件中变量含义、子过程功能和文件接口做了详细说明,这对进一步利用FEPG程序做二次开发有重要意义。文中还对FEPG.GID及FEPG.GID的二次开发语言TCL/TK语言作了详细的介绍,并对FEPG.GID的二次开发接口作了详细说明,这对于今后的接口开发有重要的参考价值。论文的研究成果为如何利用FEPG进行有限元计算程序开发提供了参考。论文最后对一个工程实例进行了模拟,模拟结果符合工程实际状况,可为实际工程应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外的研究动态、水平及存在的问题
• 1.3 本文主要的研究工作
• 1.3.1 拟采用的研究方法
• 1.3.2 研究的主要内容和拟解决的主要技术问题
• 1.3.3 理论与应用方面的意义
• 1.3.4 本论文的技术路线
• 2 冻结温度场参数化建模
• 2.1 FEPG.GID及其二次开发语言TCL/TK语言介绍
• 2.1.1 FEPG.GID简介
• 2.1.2 FEPG.GID的二次开发语言TCL/TK语言简介
• 2.2 GID中二次开发环境的介绍
• 2.3 冻结温度场计算模型的参数化建立
• 3 多圈管冻结温度有限元程序的生成
• 3.1 PDE类型文件的填写
• 3.1.1 PDE文件的填写
• 3.1.2 FBC文件的填写
• 3.2 GCN类型文件的填写
• 3.2.1 GCN文件的填写
• 3.2.2 GIO文件的填写
• 3.2.3 PRE文件的自动生成与修改
• 3.2.4 GCN库
• 3.3 填写公式文件并生成有限元程序
• 4 后处理部分
• 4.1 绘制任意一点温度随时间变化的曲线
• 4.2 绘制任意截面上温度随位置变化的曲线
• 4.3 绘制等温线
• 4.4 计算冻结壁的厚度及平均温度
• 5 工程实例及应用
• 5.1 工程实例概况
• 5.1.1 冻结壁和井壁设计参数
• 5.1.2 分期冻结基本情况
• 5.2 计算参数及计算模型
• 5.2.1 冻结温度场计算参数
• 5.2.2 考虑冻结管偏斜的有限元计算模型
• 5.3 冻结温度场数值模拟结果
• 5.3.1 温度场云图分布
• 5.3.2 冻结温度场-2℃温度等值线图
• 5.4 现场实测和数值模拟比较
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步工作的设想
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果
• 附录:历届安徽理工大学冻土研究所毕业论文汇总