幂律流体在树状分形分叉网络中渗流的特性

本文为了研究幂律流体在分叉网络中的流动特性,基于广义达西定律、幂律流体的本构方程和直毛细管模型提出了幂律流体在分叉网络渗透率的分形模型。幂律流体的渗透率解析表达式可以表示为网络微观结构参数和幂指数的函数。     

考虑毛细压差后多孔介质渗透率的分形模型

建立了多孔介质渗透率的分形模型,并分析了毛细压差对渗透率的影响。将分析结果与实验数据相比较,发现模型与实验吻合得很好。当孔隙度小于0.35时,毛细压差对渗透率的影响非常大,不能忽略;当孔隙率较大时,毛细压差对渗透率的影响并不大。     

两亲聚合物泡沫在多孔介质中的渗流及分流特性

为了研究两亲聚合物泡沫在地层中封堵大孔道的能力及驱油性能,利用填砂管模型模拟地层环境,通过改变两亲聚合泡沫的气液比、注入速度等条件,探讨了两亲聚合泡沫的渗流特性。结果表明:两亲聚合物泡沫在多孔介质中的阻力因子随着气液比的增加先增大后减小,最佳气液比在1∶1到2∶1,此时两亲聚合物泡沫的封堵能力最强。两亲聚合物泡沫在多孔介质中的阻力因子随渗透率和注入速度的增加而变大;原油存在和温度升高时两亲聚合物泡沫在多孔介质中的渗流阻力变小;两亲聚合物泡沫可以有效封堵储层中的高渗透层,减小高、低渗透层的渗透率差异,从而使注入流体在不同渗透率层内比较均匀地推进,且对不同渗透率级差的岩心具有良好的适应性。     

平行裂缝中立方定律修正及临界速度计算

为了研究缝洞型碳酸盐岩储集层中裂缝内的渗流特征,利用自制的缝洞型介质物理模拟实验装置,对张开度为50～300μm的平行裂缝模型开展了一系列单相流动实验研究。采用多参数拟合方法得到了粗糙平行裂缝渗透率经验公式,并联立达西定律与非线性渗流运动方程建立了由非线性渗流开始时的临界速度公式。研究表明:低渗流速度下平行裂缝模型中渗流服从达西定律,随着渗流速度不断增大,渗流曲线向压力梯度轴弯曲,呈现非线性渗流特征;由粗糙平行裂缝渗透率经验公式得到的渗透率计算值与实验值拟合较好,相对误差小于4.49%;临界速度随裂缝张开度增加而增大,即大张开度裂缝中不易发生非线性渗流。     

分形理论及其在薄膜微结构研究中的应用

介绍分形的基本概念以及几种常用的计算简单分形维数的方法,用分形研究Au-MgF2纳米金属介质复合薄膜中Au颗粒和半连续Ag膜中Ag小岛的分布规律。结果表明:复合薄膜中Au颗粒的分形维数随Au含量的增加由1.5516逐渐增大到1.7671,表明金属介质复合薄膜中Au颗粒的平均尺寸随着Au含量的增加而增大;半连续Ag膜中Ag小岛的分形维数随厚度的增加从1.4051增大到1.7428,说明半连续Ag膜的覆盖率随着其厚度的增加而增大。这一结果与实验结果一致,因此分形可以用来定量表征薄膜显微结构的演化规律。     

分形理论在裂隙储层气水渗流模型中的应用

为研究储气库裂隙介质分形特点以及储层运行压力变化对储气库稳定性的影响,引入分形维数改进储层裂缝与孔隙系统中的气水相对渗流模型;基于有限元软件COMSOL模拟裂隙储层天然气注采渗流过程,研究含气饱和度、分形维数、裂隙尺寸比对储气库储层运行压力的影响。结果表明：储层介质中分形维数对气水两相相对渗透率的影响相反,储层运行压力与裂隙介质分形维数之间呈负相关关系;采用的计算模型考虑了裂隙储层的分形特点及气水边界条件,计算精度提高了3%。     

聚丙烯酰胺溶液在渗流过程中的流变性实验研究

通过岩心渗流实验,研究了不同相对分子质量、不同质量浓度的聚丙烯酰胺(聚合物)溶液在多孔介质中的渗流特性;根据不同渗流速度下的渗流压力变化,计算了不同聚合物溶液在多孔介质渗流过程的有效粘度;分析了不同质量浓度和相对分子质量的聚合物溶液在多孔介质中的流变性变化。结果表明:在达西渗流速度范围内,聚合物溶液在渗流过程中岩心两端的压差随流量的增加表现出先上升后上翘的趋势;聚合物溶液在多孔介质中的有效粘度随剪切速率的增加先减小后增大;溶液的相对分子质量越大、质量浓度越大,有效粘度越大。     

低渗透油藏注CO2井井口注气参数计算新模型

为了便于优化注CO2井的注入工艺参数,提高注气驱替效果,在考虑井筒管流和地层渗流两个流动过程相互耦合的基础上,根据垂直管流理论、传热学理论和多孔介质渗流理论,通过计算注CO2井筒压力温度分布和CO2在地层中的渗流规律,建立了注CO2井井口注气参数计算模型。对整个注气系统,选取井底作为求解点,应用节点分析方法对地层渗透率、地层压力、地层启动压力梯度与井口注气参数之间的关系进行了进行敏感性分析。通过研究得到了注气量随井口注气压力的变化规律,以及油藏渗透率、地层压力和启动压力梯度对井口注气参数的影响规律。建立的CO2井注气参数计算模型可为注CO2系统编制配注方案、选择注气设备等工作提供参考。     

过冷流动沸腾分形特性的研究

证明了过冷流动沸腾中加热表面活化穴的分形分布,得到了过冷流动沸腾中活化穴分形维数的数学表达式,此分形维数与盒子维计算得到的结果非常吻合.提出了过冷流动沸腾换热的一个分形模型.对流体不同主流速度,模型预测的结果与实验数据进行了比较,两者能较好地吻合.     

含多种多孔介质区域中流体的流动

利用Darcy定律和质量守恒定律,得到了含多种多孔介质区域中可压缩流体流动的数学模型;在适当的假设条件下,利用上下解方法,得到了模型解的存在唯一性。     

应用分形理论研究饱和土壤渗透率

基于多孔介质分形理论,开展饱和土壤一维土柱渗流实验;探讨不同土壤饱和渗透率。实验选取不同颗粒大小的石英砂,配制5种实验土样并测定其粒径分布特征,采用达西装置测定不同土壤的渗透系数。实验结果显示:土壤体积分形维数D与土壤平均粒径MZ呈线性关系:D=C MZ+E;土壤渗透率k与其D呈对数函数关系:k=[A ln D+B](ρg/μ); k与D关系函数为经验公式,A、B两个经验参数的物理意义还需进一步探索。     

多介质球(轴)对称问题的高精度数值模拟方法

给出了球对称和轴对称多介质流动问题的高精度数值模拟方法.在界面处利用RGFM(Real Ghost Fluid Method)方法跟踪界面并定义界面边界条件,将多介质流动问题转化为单介质流动问题,并利用高精度RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)法进行计算.对于水下爆炸等问题中出现的空化现象,采用等熵的单流体空化模型来处理.数值试验结果表明,该方法能够有效捕捉各种物理现象,保持界面清晰,且大大提高计算效率.     

分数阶Maxwell纳米流体二阶滑移流动与热传递分析

在考虑二阶滑移边界的影响下,对多孔介质中垂直拉伸板引起的分数阶Maxwell纳米流体流动与热传递特性开展分析研究。利用分数阶剪切应力和分数阶Cattaneo热通量模型构建二维边界层控制方程,采用有限差分和L1算法进行数值求解。对不同物理参数下的速度、温度、平均表面摩擦系数和平均Nusselt数的变化趋势进行图形化分析。研究结果表明,牛顿流体的流动性能和热传递优于粘弹性流体;速度分数阶导数参数和温度松弛时间会恶化对流和热传递,而温度分数阶导数参数和速度松弛时间则促进对流和热传递;滑移参数降低了流体初始速度,一阶滑移参数对流动和热传递的影响大于二阶滑移参数;流动和热传递对各物理参数的敏感度随该物理参数的增大而下降。     

自然循环蒸汽发生器二次侧流动与传热特性数值模拟

为研究与传热管破损紧密相关的二次侧横流能量等流动与传热特性,使用Fluent软件中的多孔介质模型,模拟传热管束、汽水分离器和支撑板阻力.一次侧向二次侧的放热以内热源的形式加载到模型中,基于k-ε湍流模型,并结合两相漂移流模型计算,得到了立式自然循环蒸汽发生器二次侧流体温度、空泡份额、速度沿轴向高度的变化规律,同时分析了...     

纳米流体在微尺度特斯拉阀中流动的数值研究（英文）

目的:微通道以其效率高、体积小等特点在许多领域有着越来越广泛的应用。特斯拉阀是一种没有运动部件的止回阀,在微流动控制领域有着明显的优势。大量研究表明,将纳米流体运用到微尺度通道中可明显提高换热效率。本文将二者结合,研究Al2O3-水纳米流体在微尺度特斯拉阀中的流动特性,为微尺度特斯拉阀以及纳米流体的进一步研究提供参考。创新点:1.将特斯拉阀应用于纳米流体的微流动控制中;2.研究不同的操作条件和不同的介质特性对纳米流体在微尺度特斯拉阀中流动特性的影响;3.研究纳米流体在微尺度特斯拉阀中不同流动方向的流体分布和压力情况,并根据特斯拉阀的压降比(反向流动压降/正向流动压降)来分析特斯拉阀对微流动的控制效果。方法:1.建立微尺度特斯拉阀的三维模型;2.通过有效性验证的数值方法,在不同操作条件和不同流动介质特性的情况下,模拟纳米流体在微尺度特斯拉阀中正反两个方向的流动;3.根据流体在流动过程中的分布以及压力的变化情况,分析温度、流体流量和纳米颗粒体积分数对纳米流体在微尺度特斯拉阀中流动特性的影响。结论:1.纳米流体在特斯拉阀中正向流动时,大部分流体进入了分叉段中的直通道;而反向流动时,大部分流体进入了分叉段中的弧形通道,并且随着流量、温度和纳米颗粒体积分数的增加,主流量的百分比增加。2.当纳米流体反向流动时,在弧形通道出口处的射流对压降的影响非常明显,这是导致反向流动压降大于正向流动的重要原因。3.特斯拉阀的压降比受流量的影响最显著;在本文的研究范围内,压降比随着流量的增加而线性增加。     

幂律流体在梭形内管环空中流动的流场数值分析

三元复合溶液在偏心环空配注器中的流动可视为幂律流体在梭形内管环空中的流动.本文利用CFD软件FLUENT对幂律流体在梭形内管环空中流动的流场进行了数值模拟计算,分析了该流动的速度、压力和视粘度分布.通过对比理论计算得到的理论压降与实验测得的实际压降,两者平均相对百分比误差小于10％,说明该数值计算方法的正确性.     

过冷流动沸腾热传递的分形模型

提出过冷流动沸腾热传递的分形模型,根据加热表面活化点的分形分布得到了过冷流动沸腾热流密度的表达式。从该模型中发现过冷流动沸腾热流密度是壁面过热度、流体的过冷度、流体的主流速度与流体的接触角、流体物理特性的函数关系,并且没有增加新的经验常数。模型预测的结果与实验数据进行了比较,两者是极好的吻合。     

预混气体多孔介质中燃烧的研究进展与展望

与自由空间的燃烧相比,预混气体在多孔介质中燃烧具有功率密度大、较大的动力调节范围和较低的污染物排放的优点,已经成为近年来的研究热点.具有广阔的应用前景的多孔介质燃烧器已经在家用热水器上得到了应用.本文综述了预混气体多孔介质中燃烧的理论、实验和数值模拟的研究.最后,指出了以往研究中的不足,并对该领域今后应当重点开展的研究工作进行了探讨.     

孔隙特征对土体内部流动特性的影响——孔隙尺度的数值研究（英文）

目的:研究土体内部的流动现象对岩土、农业及地质工程等领域具有重要意义。本文旨在探讨孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及各向异性对土体内部水压、流量分布、流动模式及关键流动路径的影响,为评估土质屏障中的优势流动行为提供依据。创新点:1.在孔隙尺度分析孔隙特征对土体宏观渗透率及内部流动规律的影响;2.评估多个孔隙特征参数(如孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及三种孔隙直径分布形式)对土体内部优势流动行为的影响。方法:1.将土体孔隙空间简化为由孔隙与吼道互相连接构成的球-杆模型,并通过改变孔隙和吼道的特征参数来描述复杂的孔隙结构;2.利用孔隙网络模型得到单元体内部水压和流量分布情况,为计算土体固有渗透率和评估其流动特性提供基础数据;3.基于击穿路径的概念,分析不同孔隙特征下土体内部流动的迂曲和非均匀程度;4.通过引入吼道收缩系数,调整水平或竖直吼道直径大小,评估孔隙各向异性对流动规律的影响。结论:1.土体的孔隙率和固有渗透率均随着孔隙直径平均值的增大、标准差的减小及配位数的增大而增大。2.孔隙直径的变异系数(COV)越高,土体内部水压和流量的分布越不均匀;配位数的提高会削弱水压的局部化分布但会提高流量的不均匀程度。3.随着COV的提高,击穿路径变得更加曲折;当COV由0增加到1.0时,击穿路径的迂曲度由1.00增加到大约1.71,击穿路径承担的流量占总流量的比值由2.0%提高到7.8%。4.水平与竖直吼道直径比值的提高,也会导致击穿路径迂曲度的提高;水平与竖直固有渗透率的比值和水平与竖直吼道直径的比值呈双对数线性相关。     

多孔介质发动机详细反应动力学模型

应用Chemkin化学动力学软件包中的Senkin模块模拟了正庚烷在多孔介质发动机中的燃烧过程．通过修改Senkin程序,结合了Woschni传热模型和多孔介质换热模型,并在正庚烷详细氧化机理中加入氮氧化物的生成机理,将此程序纳入发动机燃烧的零维单区模型．对多种工况参数进行计算,讨论了运行参数对发动机性能的影响．当进气温度、压缩比增大,或过量空气系数降低时,多孔介质发动机着火时刻会明显提前．结果表明：多孔介质对混合气具有预热作用可强化发动机的点火燃烧,多孔介质的初始温度是决定压燃点火的决定性因素．