单一微孔隙中油水相对渗透率特性研究

孔隙渗流是多孔介质渗流的微观基础。本文对孔隙中的两相流应用分相模型,结合达西渗流定律,提出了适用于油水两相的相对渗透率模型,得到相对渗透率与孔隙度无关、相对渗透率只是微孔隙中相态分布的几何尺度以及流体饱和度的函数等结论。设计了微流动实验装置,以去离子水和白油的乳化液为两相流体,在不同含油率下研究了微孔隙中油水两相的渗流特性,并与相应条件下的模型计算结果进行对比。结果表明,对于低渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果吻合较好,对于高渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果存在偏差。在某些条件下,油与水的相对渗透率之和存在大于1的情形。     

骨陷窝--骨细胞形状和方向对骨单元内液体流动行为的影响

骨组织内的流体流动不仅为骨细胞的生存提供了充足营养供应及代谢物排放途径,也在骨重建过程中起到关键作用.为了更精确地阐明骨内液体流动的具体形式,这项研究利用骨陷窝-骨细胞的密度,形态和方向等参数来计算骨单元内液体的流动行为.首先,计算出不同形状和方向的骨陷窝周围骨小管的数量及分布情况,其次利用算出的参数以及骨组织其他微结构数据来估计骨组织的渗透率和孔隙率等参数,最后根据计算所得的参数建立骨单元的多孔弹性力学有限元模型,并分析了在轴向位移载荷作用下骨陷窝形状和方向对骨单元内液体渗流行为的影响.结果表明,在所研究的参数范围内不同骨单元模型的相同区域上,骨陷窝形状影响下的骨单元最大压力和流速比最小的分别增加了86%和18%;骨陷窝方向影响下的最大压力和流速比最小的分别增加了125%和56%.伸长形骨陷窝对单个骨单元局部压力的影响远大于扁平形和圆形骨陷窝.骨陷窝从0°绕x轴旋转到90°过程中压力是逐渐降低的,且30°,45°和60°的模型对骨单元内局部流速有显著影响.该模型表示骨陷窝的形状和方向以及骨小管的三维分布对骨单元内液体压力和流速幅值及沿不同方向的流动差异有显著的影响.这项研究将有助于精确量化描述骨内液体的流体行为.     

含随机裂纹网络孔隙材料渗透率的逾渗模型研究

采用逾渗理论对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究. 开裂孔隙材料渗透率的影响因素包括裂纹网络的几何特征、孔隙材料本体渗透率以及裂纹开度, 本文使用连续区逾渗理论模型建立了渗透率的标度律. 对于裂纹网络的几何特征, 本文基于连续区逾渗理论并考虑裂纹网络的分形特征提出了有限区域内二维随机裂纹网络的连通度定义; 对随机裂纹网络的几何分析表明, 随机裂纹局部团簇效应会降低裂纹网络的整体连通性, 随机裂纹网络的标度指数并非经典逾渗理论给出的固定值, 而是随着网络的分形维数的减小而增大. 本文在网络连通度和主裂纹团的曲折度的基础上, 提出了开裂孔隙材料渗透率标度律的解析表达, K=K₀(K_m,b)(ρ-ρ_c)^μ, 分别考虑了裂纹网络的几何逾渗特征 (ρ-ρ_c)^μ、孔隙材料渗透率K_m 以及裂纹开度比b; 对有限区域含有随机裂纹网络的孔隙材料渗透过程的有限元模拟表明, K₀ 在裂纹逾渗阈值附近与b呈指数关系, 但当裂纹的局部渗透率与K_m比值高于10⁶ 后, 开度比b对渗透率不再有影响.     

考虑气体压缩性的多孔材料渗透率和惯性系数的测定

多孔介质材料的渗透率和惯性系数是决定多孔介质中流体流动特性的重要参数，一般需要通过实验进行测定，在测定渗透律和惯性系数量，选用气体作为工作介质可以为实验带来极大的方便，然而通常的实验都将气体看作不可压缩流体，直接根据Darcy-Forchheimer定律得到这两个参数，这种近似对实验条件如样品厚度、工作压力等提出了很多要求，本文提出了在考虑气体压缩性的情况下测定渗透率和惯性系数的方法，该方法可以大大降低实验时对样品厚度、工作压力等条件的要求。本文还根据该方法对多孔材料PVF进行了渗透率和惯性系数的测定，并对测量结果进行了验证。     

关节软骨两相多孔介质非线性模型的有限元方法

基于混合物理论的两相多孔介质模型可以准确描述关节软骨的力学行为，关节软骨的渗透率与固体相体积应变相关。本文研究这一模型的非线性有限元法。具体采用伽辽金加权残值法得到有限元平衡方程，编制了有限元程序，进而对关节软骨围限压缩蠕变和应力松弛行为进行了数值模拟。与视渗透率为常数的线性模型的计算结果比较表明，在变形较大时，渗透率随固体相体积应变变化这一非线性效应不容忽视。     

磺化双酚芴型聚醚醚酮质子交换膜的制备及其在钒流电池中的应用

以双酚芴为结构单元合成双酚型聚醚醚酮聚合物,聚醚醚酮经浓硫酸磺化在双酚芴结构单元中引入磺化基团制备出聚醚醚酮质子交换膜(SF-PEEK)。 用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(¹H NMR)、热重分析(TG)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对聚醚醚酮质子交换膜的结构进行表征。 结果表明,磺酸基团被成功地在聚醚醚酮侧基上,SF-PEEK膜具有明显的亲水疏水微相分离形貌,磺酸基团相互聚集成形成离子通道。 SF-PEEK膜离子交换容量(IEC)达到1.97 mmol/g时,其电导率达到4.15×10^-2 S/cm,略低于Nafion117膜的5.67×10^-2 S/cm,但其钒离子渗透率仅为Nafion117膜的20.1%,表现出极好的离子选择性。 在钒流电池测试中,SF-PEEK膜在不同电流密度下库伦效率均高于Nafion117膜,其中IEC为1.97 mmol/g的SF80-PEEK608(80为SF的物质的量分数,608为60 ℃反应8 h)库伦效率在电流密度为40 mA/cm²时达到最大值80.9%,高于Nafion117膜的78.8%。 在自放电测试中,以SF80-PEEK608膜组装的电池的自放电时间为90 h,高于Nafion117膜的57 h。     

自交联型磺化聚醚醚酮质子交换膜的合成

以含3,3'-二烯丙基双酚 A 结构单元的聚醚醚酮为基膜材料, 通过自由基加成反应在取代基上引入磺酸基团, 合成侧链型磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜. 用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、 核磁共振氢谱(¹H NMR)、 热重分析(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对 SPEEK 的结构进行表征. 实验结果表明, 巯基丙磺酸被接枝在聚醚醚酮侧基上, SPEEK 膜具有明显的亲水疏水微相分离形貌, 磺酸基团相互聚集形成离子通道. SPEEK 膜离子交换容量为 2.12 mmol/g, 钒离子渗透率为 1.54×10^-6 cm²/min, 低于Nafion117 膜的钒离子渗透率, 阻钒能力优于 Nafion117 膜. 以 SPEEK-4 膜组装电池的自放电时间约为130 h, 长于 Nafion117 膜的 66 h. 电池充放电循环 50 次, SPEEK-4 膜的库仑效率、 电压效率和能量效率没有明显降低, 显示出良好的稳定性.     

煤层中封存CO2的流-固-热耦合数值模拟研究

为了研究CO_2煤层封存过程中注气量和煤层渗透率的变化规律,分析不同煤层特征参数对注气效率的影响,利用岩石力学、渗流力学、传热学相关理论,基于煤体双重孔隙结构特征,建立CO_2煤层封存的流-固-热耦合模型,进行CO_2煤层封存数值模拟。结果表明:CO_2注入煤层的速率遵循着"初始阶段迅速减小,随后基本稳定"的规律,注入速率的大小与煤层初始压力、初始温度成反比,与初始渗透率成正比;在煤层注入CO_2的过程中,由于气体压力升高、温度降低引起的收缩应变大于吸附应变,在注气压力增高区内煤体基质系统和裂隙系统的渗透率不断增大,且裂隙渗透率受注气影响更明显。     

水湿储层水驱油微观驱替特征的网络模拟研究

应用逾渗理论,基于计算机随机建模方法,建立了水湿储层三维网络模型.模型的孔隙喉道半径采用截断式威布尔分布随机产生,通过与实际岩心相渗曲线的拟合,验证了模型的有效性.计算了形状因子、孔隙度、导流率等参数,为模拟过程提供基础数据.应用建立的网络模型,模拟了饱和油和水驱油两个驱替过程,分析了孔隙特性参数对相对渗透率及驱替效率的影响.结果表明:随着孔喉比的降低、配位数的增加、形状因子的增加(在一定范围内),水相渗透率降低,油相渗透率升高,残余油饱和度降低,驱替效率增大.与其他理想模型相比,模型可以更真实地研究油水两相流动特征.