蒸汽-冷流体接触冷凝流动的数值模拟

介绍了关于蒸汽-冷流体直接接触冷凝流动与传热的数值计算模型与部分研究结果。用Level Set方法确定蒸汽-冷流体接触界面的位置和形状,建立了对蒸汽和冷流体普遍适用的动量、能量和质量守恒方程,在能量和质量寺恒方程中增加了部分项用于计算蒸汽冷凝所产生的影响。用有限差分法在交错网格上离散控制方程,用Runge-Kutta法-五阶WENO组合格式求解Level Set输运方程,用压力修正的迭代Projection方法求解动量方程,而用SIMPLE方法求解温度控制方程。对算例的计算结果表明,本文所建立的数值计算模型能反映物理现象的宏观特性。根据计算结果,分析了本文模型的优缺点,并指出了今后改进的方向。     

注蒸汽井筒沿程热物性参数及热损失新算法

基于干度的定义,对传统蒸汽干度方程进行改进,计算井筒热损失速率时,既按深度分段又按注汽时间分段,并采用Hasan等提出的两相流漂移流动模型计算井筒压力降.结果表明:改进后的模型用新算法的计算结果与现场实测值吻合很好,比传统的Beggs-Brill算法更准确.另外,在相同井深处,随着注汽时间的延长,蒸汽压力、温度和干度几乎不变,但是热损失速率逐渐降低.新算法为准确计算井筒热损失提供了参考.     

关于水星近日点进动计算的方法

水星近日点的进动现象是广义相对论的一个重要实验验证.根据广义相对论,从史瓦西度规和测地线方程出发,可推导出行星绕日运行的轨道微分方程.考察以往文献,对方程的求解方式作改进,分别采用PLK方法和椭圆函数解两种方式求解方程,目标都是解得行星运行的角频率及周期.在分别得到两种求解方法的结果后,进而描述了二者之间的关联.最后,得出了近日点进动角的表达式,代入具体的物理量计算后,能够得出水星近日点的进动角度值并最终可知其与天文观察值相符合.     

改进的节块展开方法求解圆柱几何对流扩散方程

为高效求解球床高温气冷堆物理-热工耦合问题,发展改进节块展开法求解圆柱几何下的对流扩散方程.针对圆柱几何和对流扩散方程的特殊性,采用三阶多项式和指数函数作为r向横向积分方程的展开函数,在节块展开法的框架下高效求解对流扩散方程.数值验证表明,改进的节块展开方法具有固有的迎风特性,在使用粗网节块时依然能保持稳定性和较高的计算精度.     

束缚态径向方程和Ξ-超核的结合能

无论从薛定谔方程或是Dirac方程的低能近似出发都可导出同一标准形式的径向方程,这种径向方程可用三点中央差分格式从中心两点出发向外递推求解. 给出了一种求解束缚态的能量本征值及其径向波函数的方法并计算分析了几个Ξ-超核的基态结合能.     

束缚态径向方程和Ξ－超核的结合能

无论从薛定谔方程或是Dirac方程的低能近似出发都可导出同一标准形式的径向方程,这种径向方程可用三点中央差分格式从中心两点出发向外递推求解,给出了一种求解束缚态的能量本征值及其径向波函数的方法并计算分析了几个Ξ^－超核的基态结合能.     

考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

基于局域热平衡状态假设并考虑金属蒸汽的作用, 建立了钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用的三维数学模型. 电弧等离子体的热力学参数和输运系数由温度和金属蒸汽浓度共同决定, 并使用第二黏度近似简化处理金属蒸汽在氩等离子中的输运过程. 在考虑熔池流动时, 主要考虑了浮力、电磁力、表面张力和等离子流拉力的作用. 通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解, 得到了金属蒸汽在电弧中的空间分布、电弧和熔池的温度场、速度场和电流密度分布等重要结果. 通过与未考虑金属蒸汽的结果对比, 研究了熔池上表面产生的金属蒸汽对电弧等离子体行为的影响, 以及电弧等离子对熔池行为的影响. 结果表明, 金属蒸汽主要富集在熔池上表面附近; 金属蒸汽对电弧等离子体有明显的收缩作用, 而对等离子速度和电势影响较小; 金属蒸汽的出现对熔池上表面速度分布和剪切力分布以及熔池形貌并无明显影响. 求解结果与已有的实验结果和计算结果符合良好.     

束缚态径向方程和■~-超核的结合能(英文)

无论从薛定谔方程或是Dirac方程的低能近似出发都可导出同一标准形式的径向方程,这种径向方程可用三点中央差分格式从中心两点出发向外递推求解,给出了一种求解束缚态的能量本征值及其径向波函数的方法并计算分析了几个Ξ~-超核的基态结合能。     

使用混合网格计算非达西渗流

针对垂直裂缝井的特殊流动模式,从非达西定律出发,建立二维平面的非达西渗流方程.通过建立一组无量纲量,最终得到无量纲的渗流方程及其定解条件.假定外边界为圆形,用PEBI网格及混合网格对求解区域进行网格划分,用有限差分法对无量纲的方程进行离散,最终得到垂直裂缝井的井底压力数值解.根据此数值解并考虑井筒存储和表皮因子的影响,得到真实垂直裂缝井的井底压力.对计算结果的分析表明,使用混合网格求解非达西渗流井底压力相当准确,该方法也适用于水平井等更复杂井型及复杂边界的问题求解.     

整数自旋粒子的方程和波函数

从高自旋态的Bargmann-Wigner方程出发,建立了整数自旋粒子的运动方程,通过求解方程得到了一套整数自旋粒子波函数,并建立了等效Largrange形式.     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定性判别准则

针对自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定的特点,利用无量纲分析方法建立管内流体控制方程.采用小扰动分析方法,得到倒U型管内流动不稳定的判别准则.通过对某型蒸汽发生器进行计算分析,获得判别准则随流体进口温度和弯管半径变化规律.计算结果表明:随着流体进口温度的升高,特征雷诺数增加,但是不同流体进口温度条件下特征雷诺数随弯管半径的变化规律不同.相对于流体进口温度,弯管半径对特征雷诺数的影响较小.所得结论为蒸汽发生器倒U型管内倒流管空间分布及倒流流量计算提供理论依据.     

注汽油井蒸气汽液比的折射率法测量研究

给油田的油井中注入高温高压蒸气时,从井口到井底连续地查明汽液比对节省能源和提高产出率意义重大。由于干蒸气和水的折射率不同,汽液的比例可以从汽液两相流的折射率响应特性反映出来。研制的测量装置采用蓝宝石作为折射率敏感的探测头,直接对汽液两相流的比例变化产生响应,能够应用于高温高压及狭窄工作空间的输汽环境中。装置在锅炉输汽管道中的实测响应曲线反映了输汽过程中汽液比的真实变化。该装置还在井深800m,井口蒸气温度270℃、压力10Mpa的油田注汽井中进行测量,测得的结果对注汽法采油的井况分析具有一定的作用。     

薄油层SAGD开发蒸汽腔发育和生产指标预测

通过分析现场生产数据和数值模拟结果,将薄层稠油油藏蒸汽辅助重力驱油(SAGD)生产中蒸汽腔发育分为横向扩展和向下运移两个过程,并进行简化处理预测SAGD生产指标.联合质量守恒方程、能量守恒方程和周围地层散热模型得到一个描述蒸汽腔发育的综合表达式,该方程属于典型的第二类Volterra积分函数.通过拉普拉斯变换对Volterra积分函数进行半解析求解,最终得到不同时刻蒸汽腔发育状态.为验证模型的正确性,将模型的计算结果与CMG Stars的计算结果对比,整体误差小于5%.新模型可以方便简单地预测SAGD生产中蒸汽腔发育过程和生产动态指标,从而确定SAGD生产的极限油藏参数和合理的注采参数.     

蒸汽浸没射流引起的紊流区轴向温度分布研究

本文采用紊态扩散模型分析了蒸汽浸没射流凝结过程,通过假设紊流区为单相水轴对称流动,利用自由紊动射流理论得到了紊流区轴向温度的计算公式。根据先前给出的温度特性半宽的实验关联式,得到蒸汽浸没射流引起的紊流区单相水射流的虚源,从而给出了计算紊流区轴向温度的半经验公式。本文中利用无量纲穿透长度确定了紊流区的起点位置,在此紊流区范围内,轴向温度的计算值和实验值吻合得较好,相对误差基本在±5%以内。     

薄层稠油藏溶剂辅助蒸汽驱产量预测模型

通过分析生产数据和数值模拟结果,将薄层稠油油藏溶剂辅助蒸汽驱生产过程分为蒸汽前缘垂向扩展阶段、蒸汽前缘水平扩展阶段及冷凝水产出阶段.针对每个生产阶段,通过联合质量守恒方程、运动方程、能量守恒方程及溶剂扩散方程得到描述蒸汽前缘扩展和产油量解析模型.能量守恒方程属于典型的第二类Volterra 积分函数,首先对其进行Laplace变换;之后运用半解析方法对该模型进行求解.为验证模型的正确性,将模型的溶剂辅助蒸汽驱计算结果与数值模拟结果对比,整体误差仅为4%.新模型可以方便简单地分析不同溶剂性能和注采参数对溶剂蒸汽驱开发效果的影响.     

平面叶栅中的湿蒸汽两相结流动数值模拟

对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动建立了完全欧拉坐标系下的数值模型.考虑水蒸汽与理想气体的偏差,引入维里型状态方程对模型作了进一步完善.对平面叶栅中的两相凝结流动进行了数值模拟,计算结果与实验值比较表明本文计算模型正确,可以扩展到三维复杂两相凝结流场的计算.     

GaN基多量子阱发光二极管的极化效应和载流子不均匀分布及其影响

制备了GaN基绿光发光二极管.利用耦合法求解了在自发极化和压电极化效应影响下的GaN/InGaN量子阱的极化电场强度.考虑载流子在量子阱间的不均匀分布，模拟计算了系统的一维薛定谔方程、稳态速率方程和泊松方程，得到了载流子在各个阱间的分布比值和辐射复合速率.同时还得到了不同电流下电致发光(EL)谱的峰值波长、谱峰半高宽及EL谱强度的变化情况.发现当测试电流由10 mA 增加到70 mA时，理论结果与实验结果能很好符合. 关键词： 极化 载流子不均匀分布 复合速率     

应用类比法求解介质光波导中场分布的几个实例

利用定态薛定锷方程和介质光波导中亥姆堆兹方程的相似性，分析了类比条件，给出了用类比法求解介质光波导中场分布的几个实例。     

水平井蒸汽辅助重力驱油藏模拟方法

研究了油藏与水平井段耦合的蒸汽辅助重力驱整体模拟的数学模型及其求解方法.将研制的沿水平井井筒方向有质量、能量损失的一维多相管流模块与油藏模拟主体软件集成,能预测水平井蒸汽辅助重力驱蒸汽腔室的大小及形状的动态变化.通过模拟计算分析了毛管力、蒸汽干度、地层深度等对蒸汽腔室发育程度的影响,并取得了结果.