基于元胞自动机理论的孔隙介质渗流的模拟应用

基于元胞自动机理论,建立了四方形网格元胞空间和摩尔型元胞邻居为类型的时空动态演化模型,并设计了模拟流程.利用两点分布表征岩石骨架和孔隙空间的非均匀分布,设定了可表征流体在多孔介质中渗流的演化规则,对二维和三维岩石多孔介质流体渗流的元胞矩阵进行了模拟,分析得到了两点分布不同概率对渗流数学参数的影响,分析了不同注入方式对流体最终占据孔隙空间的分布形态的影响,注入方式包括点注入、线注入和面注入,最终对真实CT扫描的数字二维岩心进行了流体渗流过程模拟.基于以上的研究,为流体在多孔介质中渗流模拟提供了有效的方法.     

粘弹性流体在渐缩毛管中渗流规律研究

驱油用聚合物溶液是粘弹性流体,当其在多孔介质中流动时由于拉伸变形会产生额外耗散,因此拉伸压降是不可忽略的.将Binding等人通过机械能平衡原理和最小能量原理建立的非牛顿流体入口收敛流动理论推广应用于渐缩毛管,并以幂指数关系表征剪切粘度与剪切速率关系、第一法向应力差与剪切速率关系、拉伸粘度与拉伸速率关系,从而建立了适用于描述粘弹性流体流动特性的渗流模型,分析了粘弹性流体在渐缩毛管中的渗流规律,利用建立的模型可以准确反映粘弹流体的渗流特性.     

随机动力学:内源与外源噪声的数学模型及其应用

复杂系统与过程的数学建模需要用随机动力学(stochastic dynamics)的思想和方法.随机动力学的理论有着两种不同的数学表述:随机过程(stochastic processes)和随机动力系统(random dynamical systems).后者是比前者更为精细的数学模型,它不但给出对应于每一个初值的随机过程,还全面地描述不同初值的多条随机轨道如何同时随时间变化.前者恰恰表述了有内在随机性的个体的运动,而后者则反映了多个相同的确定性个体同时经历同一个随机环境.本文称这两种情形为内源噪声和外源噪声.两者都在化学和生物学中有广泛的应用.近年来兴起的以图G(V,E)为基础的概率布尔网络正是一类以{0,1}~V为状态空间的随机动力系统(RDS).本文介绍有关离散时间离散空间的RDS,同时也给出一个它在统计推断隐Markov模型的收敛速率估算中的应用.     

渗流过程的混合物理论

本文把渗流过程考虑为混合物的非平衡输运过程,用现代连续统物理混合物理论的基本观点和方法研究流体在多孔介质中的运动。文中考虑了物质不可混溶和组分间质量交换的影响,提出毛管压力方程和有效应力关系作为封闭关系,系统地阐述了多相渗流、双重介质渗流、非Darcy流动等基本的渗流问题,得到了与经典渗流理论一致的结果,给出了考虑诸热力学耦合因素和非线性因素时渗透定律的一般形式。     

带对流项的渗流型方程的显格式

１．引言　假设有一种不可压流体在一均匀的、各向同性的刚性多孔柱形介质中流动,流动沿着与水平方向成ａ角进行,则可用下述方程描述其中λ＝ｓｉｎα,ｕ表示介质的含湿度．λ＝０,即表示沿水平方向流动,它和λ≠０的情形分别称为无对流项和有对流项的渗流方程．它们可分别写成下面一般的形式：　渗流型方程是退化抛物型方程,由于它可有退化点（使二阶导数项系数为零的点）,它与正规抛物型方程有很大区别．正规抛物型方程有充分光滑的古典解,渗流方程则不然．即使初值充分光滑,也不能保证渗流方程有光滑的解．实际上,渗流方程可有…     

喷涂于运动边界上液体薄膜射流的流变效应

采用非Newton流体的二阶流体模型分析了相对高温的液体熔体薄膜由模口喷出并涂于运动的固体膜上. 讨论了由自由面上温度梯度驱动的非Newton液体薄膜的热毛细流动, 考虑热毛细流动的流变效应. 分析是基于润滑理论近似和摄动理论近似. 得到了液体高度方程和非Newton液体薄膜的热流体力学过程描述, 具体求解了弱流变流体效应的情况.     

多孔磁流体动力学

本文建立饱含可压缩电磁流体的多孔固体介质动力学。直接耦合应力场、流场和电磁场,研究了它们的相互作用和波的传播规律,纠正了某些作者在磁流体波中的误失,证明了介质中具有多种P波和S波,一般多有阻尼和频散效应。 导电流体(如海水、石油和血液等)在磁场(如地磁场和生物场等)中运动感生电流因而改变磁场;电流在磁场中运动则产生机械力,影响固体骨架的变形与流体的运动;固体骨架的变形和空隙通道中的Darcy渗流又反过来改变流体的运动。新理论的困难和可以预料的丰富的内容正来自复杂的相互作用,不妨称作(微)百幕大效应。相应的守恒律、等价原理、传输线理论相似性、电磁效应、非线性波、动应力集中、变分原理以及模型的进一步推广将在另一组论文中发表。 深入研究这一理论对地球物理、海洋科学、生命科学以及能源科学无疑是重要的。多孔磁流体介质动力学是一门年轻的学科,大量未解决的问题和实验工作期待着人们去努力!     

动态随机弹性在期权定价中的应用

给出动态随机弹性的概念及运算性质,讨论了动态随机弹性在期权定价模型中的应用.主要结果有:(1)在波动率为常数时,期权价格对的弹性,得到了动态随机弹性服从运动,并给出了相应的经济解释;(2)由于波动率一般不是常数,也是随机过程,因此本文进一步研究了期权价格对波动率的弹性,就股票价格的波动情况给出了数学描述和金融意义上的解释.     

非平衡态统计物理的随机数学理论

非平衡态热力学和统计物理理论从20世纪70至80年代开始进入了蓬勃发展的阶段,特别是其中的随机模型可以用来描述亚宏观尺度的生物物理过程,恰好契合了现代物理化学和生物化学高精度实验技术的发展潮流.本文将回顾过去三十多年里非平衡态统计物理随机数学理论的发展,包括非平衡态热力学理论的起源、非平衡定态的随机数学理论、非平衡暂态的随机数学理论以及非平衡定态的初步相变理论等.在这套随机数学理论中,随机过程的时间可逆性、熵产生率和环流是最核心的概念,而寻求在随机轨道层面热力学第一定律和第二定律的对应形式是最重要的目标.这套数学物理理论能够很好地被应用于细胞层面重要的生物化学过程,通过严格的数学论证探寻其中重要的规律,以期对处于非平衡态的生命现象得到更深刻的认识和理解.     

2010年全国研究生数模竞赛D题的评阅综述

2010年全国研究生数学建模竞赛D题的素材取自一项科研项目.将本题建为何种模型取决于建模人的数学基础和对本题描述运动过程的认识深度.评述介绍了三种建模思路:刚体平面运动模型,最优控制模型和微分方程模型,其中微分方程模型是在阅卷过程中从考生答卷中发现的,从答卷中发现了不少有共性的毛病,反应出国内大学和研究生数学教育中的弊病,值得有识之士们重视.     

维纳和布朗运动

布朗运动,作为一种特殊的随机过程,在随机过程理论处于一个中心地位.布朗运动理论在其他许多领域也有重要应用.在布朗运动理论的发展和完善过程中,布朗,爱因斯坦和维纳等人都作出了重要贡献.通过解读原始文献,考察了维纳建立布朗运动数学理论的过程.揭示了维纳在布朗运动的数学理论严格化进程中的重要作用.     

完全可压缩渗流驱动问题的特征线有限元方法及其误差分析

多孔介质中渗流驱动问题数值方法的研究，对合理经济地开发油田，了解地下油水运动规律有一定意义。特征线法结合差分或有限元法解渗流问题，在理论和应用上获得了成功３－５，但还有很多问题需进一步研究２．前人研究多是假定流体不可压或微可压，本文研究一类完全可压缩两相驱动问题。采用特征线法与有限元法相结合，构造并分析了全离散数值格式，基于周期性假设，证明了最优Ｌ２模误差估计。     

完全可压缩渗流驱动问题的特征线有限元主方法及其误差分析

多孔介质中渗流驱动问题数值方法的研究，对合理经济地开发油田，了解地下油水运动规律有一定意义，特征线法结合差分或有限元法解渗流问题，在理论和应用上获得了成功，但还有很多问题进一步研究，前人研究多是假定流体不可压或微可压，本文研究一类完全可压缩两相驱动问题，采用特征线法与有限元法相结合，构造并分析了全离散数值格式，基于周期性假设，证明了最优Ｌ＾２模误差估计。     

基于混合智能算法的随机生产配料问题

配料问题是工业生产流程中的重要组成部分.在实际的生产过程中,配料问题由于原料的选取与某些随机系数有关,因而具有随机性.将基于随机理论提出一种新的机会约束生产配料模型,然后设计混合智能算法求解提出的生产配料模型.最后,给出一个数值例子表明模型和算法的有效性.     

煤层注水非线性渗流方程的解析解及应用

本文运用流体力学,多孔介质流体动力学,渗流理论等理论知识,结合实验室和现场试验,从理论上对煤层注水预湿煤体机理进行了研究.分析了煤层注水过程,建立起了煤层注水的数学模型;对煤层注水的边界条件进行了描述.由于描述煤层注水的方程组为非线性的,为简化它们,利用了因次分析理论,引入了注水压力,渗透速度,煤水份增加量等无因次量.之后讨论了其解析和近似解.另外:结合实际煤层注水的科研项目,说明了该理论指导煤层注水及设计的作用和重要性.     

多孔介质中单相气体局部流动的均质化建模

该文研究了渐近均质法在单相气体渗流理论中的应用,开发了气体在孔隙尺度下流动的数学模型和数值方法.基于渐近均质法,建立了周期单元上描述周期性多孔结构孔隙尺度下单相气体流动的局部问题.讨论了局部问题的特殊数学性质和物理意义.利用一种基于对称性和反对称性扩展的简化方法,提出了求解局部问题的最小二乘有限元方法,克服了由于平均算子和周期性边界条件引起的数值困难.局部问题的求解能够获得单孔内速度和压力的精确分布,并且在仅知道孔隙几何形状的情况下评估多孔介质的渗透性.在局部问题的基础上,通过理论分析获得了微管中Poiseuille流动的解析解,验证了所提出的数学模型和数值算法.最后,考虑了一种三维周期性多孔结构,获得了单孔中气体局部流动的数值结果和多孔介质的渗透系数.     

半线性卷积双曲型积分微分方程的初边值问题

以往人们对从粘弹性力学中提出的双曲型积分微分方程的研究,大都限于“拟齐阶”情形,即当固定未知函数的低阶导数项时,方程便成为关于二阶导数项的齐次方程,或者添加了强迫力项 f(x,t).在力学上,这相当于简化了物体所处介质对其运动状况的影响.由于在许多情况下,物体所处介质所产生的阻尼作用不亚于物体内部的粘性对物体运动的影响,所以,在讨论粘性物体的运动时,有必要将其周围介质所产生的粘性阻尼考虑进去.这在数学上将引出一些新的积分微分方程模型.     

动态规划型的序贯决定过程

<正> 自从动态规划形成最优化方法的重要分支以来,不少工作致力于为它的理论建立更严密的数学基础.其中一个在理论上和应用上都十分重要的问题是:在什么条件下,一个按其问题的实际背景说来并非序贯决定过程的最优化问题,可以构造成某种序贯决定过程的最优化问题模型,并且使动态规划函数方程对该模型成立?在确定性(非随机性)     

复杂介质中扩散和耗散行为的分数阶导数唯象建模

复杂介质一般是多相混合物.与普通固体、液体和气体相比,其力学行为具有明显的记忆、路径依赖性特征,难以用一般的经典力学模型来描述,因而显得反常.从数学力学建模上看,整数阶导数的局部极限定义不适合描述这样的非局部力学行为.分数阶导数实质上是微分-积分算子,能精确地刻画力学行为的全局相关特征.而且分数阶模型具有明确的统计物理解释.20世纪末至今,复杂介质反常力学行为的分数阶导数模型由于具有参数少,且参数的物理意义明确等突出优点,开始引起广泛关注.该文从唯象建模的角度,综述了分数阶导数和分形导数在复杂介质的反常扩散和频率依赖能量耗散建模中的应用与发展.     

最优搜索理论的进展

自1975年 L.D.Stone 的《Theory of Optimal Search》一书问世以来,最优搜索理论的研究重点已从静止目标的搜索问题转向随机运动目标的搜索问题,在优化的数学理论和算法上取得许多重要进展,最优搜索理论的应用也日趋广泛.本文对最优搜索理论在近十多年来的进展做一归纳性描述,并对今后的发展方向提出看法.文[1]已系统论述了静止目标的最优搜索问题,本文进一步考虑随机运动目标的搜索问题.