含水合物沉积物多相渗流特性研究进展

天然气水合物作为一种储量大、无污染的清洁能源近些年受到了广泛关注.近20年来,中国进行了较大范围的陆海域天然气水合物储层勘探与储量预测. 2017年,中国地质调查局牵头对南海神狐海域的天然气水合物进行了基于降压渗流原理的试验性开采.国内外已进行的水合物试采工程面临着气体产量低、出砂较多等问题,其最主要的原因之一是开发过程中沉积物内复杂多相渗流机理尚不明晰.本文综述了平行毛细管模型、Kozeny模型等广泛应用于天然气水合物开发渗流分析的理论模型,对比分析了水合物开发多尺度渗流过程模拟方法,简述了国内外含水合物沉积物渗透率测试、渗流过程中沉积物物性演变以及水合物开采室内模拟等方面的渗流实验进展,总结了矿场尺度的天然气水合物储层开采过程中产气数值模拟手段,展望了多相渗流模型、储层原位含水合物样品室内测试及结构与物性演化、矿场尺度数值模拟与水平井压裂技术等应用研究的未来方向与挑战.     

含水合物沉积物多相渗流特性研究进展

天然气水合物作为一种储量大、无污染的清洁能源近些年受到了广泛关注. 近20年来,中国进行了较大范围的陆海域天然气水合物储层勘探与储量预测.2017年,中国地质调查局牵头对南海神狐海域的天然气水合物进行了基于降压渗流原理的试验性开采.国内外已进行的水合物试采工程面临着气体产量低、出砂较多等问题,其最主要的原因之一是开发过程中沉积物内复杂多相渗流机理尚不明晰.本文综述了平行毛细管模型、Kozeny模型等广泛应用于天然气水合物开发渗流分析的理论模型,对比分析了水合物开发多尺度渗流过程模拟方法,简述了国内外含水合物沉积物渗透率测试、渗流过程中沉积物物性演变以及水合物开采室内模拟等方面的渗流实验进展,总结了矿场尺度的天然气水合物储层开采过程中产气数值模拟手段,展望了多相渗流模型、储层原位含水合物样品室内测试及结构与物性演化、矿场尺度数值模拟与水平井压裂技术等应用研究的未来方向与挑战.      

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.     

基于PPM的界面压缩方法研究

高精度多组分分段抛物线法(Piecewise Parabolic Method,PPM)在对可压缩多相流问题进行模拟计算时,在不同组分交界面上存在界面扩散。为此,通过引入包含界面压缩和密度修正的人工界面压缩方法,抑制界面扩散现象。采用一个界面函数表示运动的物质界面,在多组分质量守恒方程和输运方程中添加考虑人工压缩和人工黏性的压缩源项,并在伪时间内采用二阶中心差分法和两步Runge-Kutta方法进行离散求解,采用Strang型分裂格式实现了整体算法的时间二阶精度。一维与二维数值模拟试验表明,结合人工界面压缩之后的PPM能有效抑制界面上数值扩散问题,在长时间的数值模拟中,人工界面压缩能够将扩散界面厚度维持在一定网格之内且保持界面形状不改变,尤其对于涉及稀疏波的问题,如激波引起的水中气泡坍塌,界面压缩效果更为显著。     

多个量子节点确定性纠缠的建立

量子纠缠是一种重要的量子资源,在多个空间分离的量子存储器间建立确定性的量子纠缠,然后在用户控制的时刻将所存储的量子纠缠转移到量子信道中进行信息的分发和传送,这对于实现量子信息网络是至关重要的.本文介绍了用光学参量放大器制备与铷原子D1吸收线对应的非经典光场,而且在三个空间分离的原子系综中确定性量子纠缠的产生、存储和转移.利用电磁感应透明光和原子相互作用的原理,将制备的多组分光场纠缠态模式映射到三个远距离的原子系综以建立原子自旋波之间的纠缠.然后,存储在原子系综中的纠缠态通过三个量子通道,纠缠态的量子噪声被转移到三束空间分离的正交纠缠光场.三束释放的光场间纠缠的存在验证了该系统具有保持多组分纠缠的能力.这个方案实现了三个量子节点间的纠缠,并且可以直接扩展到具有更多节点的量子网络,为未来实现大型量子网络通信奠定了基础.     

环境温度对多相混合物爆炸特性影响的实验研究

为了研究环境温度对以铝粉、乙醚、硝基甲烷为原料的气液固多相混合物爆炸特性的影响,利用20 L球型爆炸罐,在不同环境温度(20～50℃)下,实验研究了温度变化对混合物的爆炸超压、最大爆炸压力上升速率和爆炸下限的影响。结果表明:实验工况下,乙醚的爆炸特性参数随温度升高而降低;铝粉的爆炸特性参数受温度影响较小;气液固多相混合物的爆炸压力随温度升高略微下降,最大爆炸压力上升速率先升后降,存在一个最佳浓度配比使爆炸威力最佳;气液固多相混合物的爆炸下限随温度升高而下降,在绝大部分易挥发物质汽化后,混合物下限趋于稳定。     

二元最小能量小波框架的特征刻画

针对二元小波框架在图像处理中应用的有效性,本文研究二元最小能量小波框架的特征.给出二元最小能量小波框架存在的充分必要条件,刻画了二元最小能量小波框架的特征.通过对加细函数和小波函数对应的面具函数进行多相分解,提出二元最小能量小波框架的分解与重构算法,并给出数值算例.     

多组分无溶剂反应制备吲哚衍生物——绿色有机化学教学实验

基于当前国内高校所使用的有机化学实验教材中普遍缺乏对多组分反应以及绿色合成理念的介绍,为化学专业本科生二年级所开设的短学期创新实验课程设计了一个多组分无溶剂反应的教学实验,并于2022年将其成功应用于教学实践中。实验以对甲基苯甲醛、N-甲基吲哚、5,5-二甲基-1,3-环己二酮(达米酮)为反应物,在1个反应瓶中快速实现多个组分的有序作用得到包含3个反应物片段的吲哚取代甲烷类化合物。该实验具有原料成本低、反应时间短、产品提纯方便、综合性较强以及高原子经济性的特点。     

偏硼酸锂-四硼酸锂熔融-电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定石膏中多组分含量

石膏在我国储量丰富,应用广泛,快速准确分析其成分含量对石膏资源的综合利用具有重要意义。针对酸溶法无法测定SiO2,碱熔法无法测定K2O、Na2O的问题,本文建立一种偏硼酸锂-四硼酸锂熔融-电感耦合等离子体发射光谱法同时测定石膏中CaO、SO3、Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O、SiO2含量。实验优化了熔剂用量、熔融温度,结果表明采用试样与偏硼酸锂-四硼酸锂混合熔剂质量比例1：5,在铂金坩埚中1000 ℃熔融10 min,在超声条件下,于50 mL 10 %盐酸中浸取熔融物,能够有效分解试样而浸取待测组分。向标准溶液系列中加入偏硼酸锂-四硼酸锂-盐酸基体溶液以消除基体对测试结果的影响。各待测组分的校准曲线的相关性系数均大于0.9990,方法检出限在3~292 μg/g范围内;采用实验方法分别对国家一级标准物质GBW03109a、GBW03110和实际样品进行测定,标准物质的5次平行测试的相对标准偏差在0.14 %~8.86 %之间,测定结果的相对误差在0.03~8.75 %之间,测试结果与标准值无显著性差异;实际样品中各成分测定值的RSD（n=5）为0.24~8.80 %。该方法操作简单、准确度高、精密度好、检出限低,可以同时测定石膏中的多组分含量,能够为石膏资源综合利用调查评价提供一定的技术支撑 。