基于LB方法的非均质砂质砾岩渗吸规律数值模拟

采用随机四参数法对非均质砂质砾岩孔隙结构进行重构, 基于改进的SC-LBM(Shan-Chen格子玻尔兹曼)模型研究润湿流体在多孔介质中的渗吸行为。结果表明: 初始阶段的界面动力学与孔隙骨架的排列有很大关系, 会形成以基质为主的渗吸界面; 流体流经孔喉部分时, 流动断面瞬间缩小, 导致压力梯度和流动阻力迅速增加, 孔吼压力的存在导致流动断面瞬间缩小, 提高了流动阻力, 说明孔隙半径变化对渗吸速率影响较大; 后期阶段, 润湿流体会形成优势渗吸通道, 降低了波及面积, 大幅度降低了渗吸驱油速率。研究结果有助于理解流体在非均质孔隙中的自发渗吸规律, 对发挥裂缝性致密油藏渗吸驱油作用具有重要意义。     

T型微通道内气泡在藻液中的破裂行为研究

本文以藻液作为连续相,空气作为分散相,采用对称与非对称两种结构的T型微通道,对其内部气泡的破裂行为进行可视化研究,探求了不同结构下微通道内气泡在藻液中的破裂行为及其变化规律。实验结果表明:在对称T型微通道内,气泡在藻液中的运动行为可分为两种,即完全阻塞破裂和不破裂;在对称T型微通道内,气泡的破裂周期主要受气液流量的影响,而在非对称T型微通道内,破裂后生成子气泡的体积分配比主要受母气泡长度和藻液流量的影响。     

液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层"界面"下凸沉降形成波浪形丘状"界面",并随着"界面"处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区"界面"不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流; RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.     

裂缝-孔隙型双重介质油藏渗吸机理的分形分析

低渗透油藏常常伴随裂缝发育,形成裂缝-基质双重介质.自发渗吸是低渗裂缝性水驱油藏的重要采油机理,有顺向和逆向两种渗吸方式.基于基质孔隙结构的分形特征,引入分形几何对裂缝性双重介质渗吸机理的判据进行了改进,建立了渗吸机理的分形判据模型,并进一步推导了结构常数的解析表达式.结果表明,渗吸机理的判别参数是基质孔隙度、高度、孔隙分形维数、流动迂曲度、最大孔隙直径、界面张力、油水密度差以及接触角的函数.改进后的判据模型与现有结果一致.最后绘制了判别渗吸机理的图版,为利用表面活性剂提高低渗透油藏采收率提供理论依据.     

基于格子Boltzmann方法的液液不混溶两相流动数值模拟

具有介观特性的格子Boltzmann方法能够准确方便地捕捉相界面细节,在两相流动领域具有广泛的应用前景.本文在简要介绍格子Boltzmann方法的基础上,利用格子Boltzmann方法的颜色模型对四类经典两相流动问题进行了模拟,界面张力的Laplace定律验证、单液滴松弛过程、两个液滴融合过程、水平通道内不混溶液液两相流动.结果表明,液滴界面张力符合Laplace定律;黏性越大,液滴松弛过程越稳定;界面张力越大,液滴融合速度越快;格子Boltzmann方法能够有效描述液液两相流动的界而信息。研究工作为应用格子Boltzmann方法分析两相流动问题奠定了理论基础.     

基于几何重建的气液两相流孔隙尺度模拟

本文基于二维micro CT扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质几何模型,采用Shan-Chen多相格子Boltzmann方法(LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型,在此基础上对复杂多孔介质内的两相流动过程进行孔隙尺度模拟。结果表明,气-液两相流动受限于多孔介质的复杂孔隙结构,气液表面张力、壁面润湿特性以及进出口压差对两相流动特性将产生明显影响。     

微通道内不混溶气液两相二氧化碳界面动力学行为的格子Boltzmann研究

将高精度的二氧化碳状态方程与气液两相流格子Boltzmann方法中的伪势模型耦合,研究微通道内二氧化碳气液两相流动的界面动力学行为,包括二氧化碳气泡和液滴的分裂、合并、变形,以及气液两相二氧化碳在演化过程中的质量交换.研究发现：当分裂和合并行为达到平衡,并且两相之间不发生质量交换时流动达到稳态.稳态时的流型主要依赖于表面张力,惯性力,管道的润湿性,以及初始体积分数.当表面张力较大时,微通道内形成的二氧化碳气泡或液滴会收缩成圆形,此时二氧化碳气泡或液滴会堵塞微通道,形成段塞流;随着表面张力的减小,形成的气泡或液滴不容易收缩,在微通道内更容易发生变形,出现泡状流或环状流.当壁面润湿性为强疏水性时,二氧化碳在微通道中的流动为环状流,其它润湿性下,流型为段塞流.体积分数较小时,二氧化碳两相流动的流型为段塞流,体积分数较大时,流型为环状流.     

水平微圆管内环状流气液界面不稳定性分析

本文以水平微圆管内气液两相环状流气液界面为研究对象,通过分析重力、表面张力和界面剪切力对环状流液膜厚度的影响,重点考虑Rayleigh不稳定性对气液界面的依存关系,得到了不同管径和气核直径变化时不稳定性的变化规律,并分析拟合了最危险波长和气核直径的关联式,为后续建立高热流密度条件下微通道内强化传热理论模型奠定基础.     

川南龙马溪组页岩储层水相渗吸规律

基于川南龙马溪组页岩多重孔隙特征,建立渗吸解析模型,定量计算不同孔隙类型渗吸深度。在此基础之上,开展考虑页岩储层温度、围压、流体压力共同作用下的水相渗吸实验,分析页岩水相渗吸规律。结果表明：基于渗吸饱和度渗吸过程可分为3个阶段：渗吸扩散段、渗吸过渡段、渗吸平衡段,其中渗吸扩散段为渗吸能力主要贡献段。在焖井初期由于流体压力作用页岩渗吸能力大幅度提高,为后续自发渗吸作用提供了渗吸液体。储层围压对页岩渗吸能力有抑制作用,但仍能提高储层改造效果,孔隙度增加倍数范围为0.42倍~1.63倍,渗透率增加倍数范围为17.6倍~67.3倍。黏土孔渗吸深度远大于脆性矿物孔和有机质孔,粘土矿物为页岩水化作用诱导微裂缝主控因素。焖井有利于提高川南龙马溪组页岩储层改造效果。研究成果可为页岩气井返排制度优化提供依据。     

Y型微通道气液两相流的数值模拟

针对Y型微通道气液两相流的数值模拟,建立了适用于微通道气液两相流的计算模型,采用CFD方法对微通道内流体的流动进行了数值研究,分析了微通道内流动状态、气泡形状以及生成周期,模拟了Y型微通道气液两相流弹状流的形成过程,并对弹状流的压力、速度、壁面剪切应力的分布、变化趋势及原因进行了深刻剖析,揭示了弹状流流动规律,为进一步加强弹状流应用打下基础,为微通道中的气液两相流动提供了可靠的理论依据。     

多孔介质自发渗吸关键问题与思考

多孔介质自发渗吸现象普遍存在于自然界和工业应用领域, 深入研究其微观流动机理及宏观渗流规律具有重要的科学和工程价值。由于受多孔介质物理属性、流体性质、边界条件等多种因素的影响, 自发渗吸机理及渗流规律难以厘清。目前, 已有众多物理实验、理论分析及数值模拟等方法对多因素影响下的自发渗吸过程进行了广泛而深入的研究。本文就该领域存在的关键问题及最新进展进行梳理分析并提出若干思考, 以期对多孔介质自发渗吸的理解和未来研究工作提供一定的借鉴。     

Temperature behavior of the photovoltaic and pyroelectric responses of Sn2P2S6 semiconductor ferroelectric films

The electric response of Sn₂P₂S₆ semiconductor ferroelectric films to focused laser radiation (λ = 6328 Å) with a modulation frequency of 24 Hz is studied experimentally. It is shown that the signal involves an initial spike of current (an unsteady component) followed by the relaxation decrease to a certain value (a quasisteady component). The most significant changes in the shape and amplitude of the film response is observed near the Sn₂P₂S₆ monocrystal phase transition point of T _C = 66°C. The behavior of the unsteady component of the response is related to the behavior of the spontaneous polarization. This component decreases with increasing temperature. The quasi-steady component reaches its maximum at T = C _C. It is revealed that the behavior of relaxation processes corresponding to the decreasing response undergoes a change near the phase transition temperature.     

波纹通道中流动非稳态特性的数值研究

本文对两种不同间距的波纹通道中的流动进行了非定常的数值模拟,给出了间距和雷诺数对反映涡脱落频率的无量纲斯特劳哈尔数的影响情况,比较了二维和三维数值模拟的差别。增大雷诺数或者减小间距将会使斯特劳哈尔数增大,而斯特劳哈尔数随雷诺数增大而增加的趋势会趋于平缓。雷诺数相同的情况下,三维模拟会得到振幅更大且形式更复杂的速度随时间振荡的曲线,而且波纹通道间距越大,速度振荡曲线的振幅也越大且形式越复杂。     

From low-dimensional synchronous chaos to high-dimensional desynchronous spatiotemporal chaos in coupled systems

The dynamic behavior of coupled chaotic oscillators is investigated. For small coupling, chaotic state undergoes a transition from a spatially disordered phase to an ordered phase with an orientation symmetry breaking. For large coupling, a transition from full synchronization to partial synchronization with translation symmetry breaking is observed. Two bifurcation branches, one in-phase branch starting from synchronous chaos and the other antiphase branch bifurcated from spatially random chaos, are identified by varying coupling strength epsilon. Hysteresis, bistability, and first-order transitions between these two branches are observed.     

彭水地区龙马溪组页岩渗吸规律及渗吸动态分布

渗吸作为压裂液在储层中的主要吸收方式, 是提高页岩气产能的重要驱动力。以重庆市彭水地区龙马溪组页岩为研究对象, 依次进行毛管力测试、不同条件下的渗吸实验及核磁共振实验。结果表明: ①页岩的渗透率与孔隙度极低, 以微孔和小孔为主, 基本无大孔, 孔隙结构较差; ②页岩渗吸过程分为三个阶段, 随着压力和温度的升高, 渗吸效果增强, 破胶压裂液的渗吸效果略强于未破胶压裂液, 表面活性剂和KCl溶液可以降低页岩渗吸能力; ③页岩渗吸的核磁共振T₂谱具有明显的双峰特征, 渗吸过程中, 中大的孔隙和裂缝在初期阶段就被液体瞬间充满, 极微的孔隙和裂缝首先被充填, 随后液体进入稍大的微孔隙和微裂缝, 在渗吸过程中页岩表面产生大量的微裂缝。     

Enhanced DDT mechanism from shock-flame interactions in thin channels

We show experimentally and numerically that when a weak shock interacts with a finger flame in a narrow channel, an extremely efficient mechanism for deflagration to detonation transition occurs. This is demonstrated in a 19-mm-thick channel in hydrogen-air mixtures at pressures below 0.2 atm and weak shocks of Mach numbers 1.5 to 2. The mechanism relies primarily on the straining of the flame shape into an elongated alligator flame maintained by the anchoring mechanism of Gamezo in a bifurcated lambda shock due to boundary layers. The mechanism can increase the flame surface area by more than two orders of magnitude without any turbulence on the flame time scale. The resulting alligator-shaped flame is shown to saturate near the Chapman–Jouguet condition and further slowly accelerate until its burning velocity reaches the sound speed in the shocked unburned gas. At this state, the lead shock and further adiabatic compression of the gas in the induction zone gives rise to auto-ignition and very rapid transition to detonation through merging of numerous spontaneous flames from ignition spots. The entire acceleration can occur on a time scale comparable to the laminar flame time.     

Scattering of long waves in a rotating bifurcated channel

An exact solution is obtained for the problem of the scattering of a Kelvin wave by a rotating bifurcated channel and it is shown that an appropriate secondary Kelvin wave is created in all the parts of the field.