润湿梯度作用下液滴在倾斜表面向上运动的格子Boltzmann模拟

采用基于Shan-Chen伪势模型的格子Boltzmann方法,对液滴在存在润湿梯度的倾斜表面上克服重力、自下而上运动的过程进行模拟。探究润湿梯度、液滴尺寸、Bond数以及表面倾斜角度对液滴运动的影响。计算结果表明：液滴在运动过程中,内部会出现沿斜面向上的速度矢量,润湿梯度越大,液滴运动速度越快,润湿长度也越长,且动态接触角减小速率越快。液滴尺寸和Bond数对液滴运动的影响较小,但存在临界Bond数,超过该临界Bond数时,液滴将沿梯度润湿表面向下运动。表面倾角对液滴运动有显著影响,倾角增大,液滴运动速度和润湿长度都明显减小。     

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。     

新型薄壁管耐撞性分析及优化设计

采用LS-DYNA仿真软件对新型薄壁管在轴向冲击荷载作用下进行了数值模拟,分析了上端薄壁圆管长度和波纹型诱导槽半径对其耐撞性及变形模式的影响,并与普通薄壁圆管进行比较。结果表明:当上端薄壁圆管长度及波纹形诱导槽半径设计合理时,新型薄壁管在压溃阶段的最大峰值压溃力、比吸能以及变形模式相比于普通薄壁圆管更优异。为了获得更好吸能效果的新型薄壁管,以其比吸能和最大峰值压溃力为优化指标,以上端薄壁圆管长度和波纹形诱导槽半径为动态变量,建立了新型薄壁管多目标优化方案。基于Kriging法构造了目标近似函数,同时结合NSGA-Ⅱ算法求解了多目标优化问题。     

凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动特性

针对凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动过程,采用润滑理论建立液膜厚度和浓度演化模型,通过数值模拟得到液膜的流动特性及相关参数的影响规律.研究表明:含不溶性活性剂液膜在凹槽基底上流动时,重力和活性剂浓度梯度引起的Marangoni力对液膜的流动起促进作用,表面活性剂通过引起表层液体流动进而牵引内部液体运动,但其作用力相对重力较弱,重力起主导作用;与基底尺寸有关的粘性力则起阻碍作用;提高邦德数G和减小毛细力数C具有减弱液膜变形的作用;增大凹槽高度或减小凹槽斜度,均使Marangoni力增加,促使液膜变形加大.     

变截面微管道中高zeta势下幂律流体的旋转电渗滑移流动

本文研究高zeta势下具有Navier滑移边界条件的幂律流体,在变截面微管道中的垂向磁场作用下的旋转电渗流动.在不使用Debye–Hückel线性近似条件时,利用有限差分法数值计算外加磁场的旋转电渗流的电势分布和速度分布.当行为指数n=1时得到的流体为牛顿流体,将本文的分析结果与Debye–Hückel线性近似所得解析近似解作比较,证明本文数值方法的可行性.除此之外,还详细讨论行为指数n、哈特曼数Ha、旋转角速度?、电动宽度K及滑移参数β对速度分布的影响,得到当哈特曼数Ha>1时,速度随着哈特曼数Ha的增加而减小;但当哈特曼数Ha <1时, x方向速度u的大小随着Ha的增加而增加.     

径向预紧力对反射镜重力变形的补偿作用

针对精密反射镜的重力变形,提出了一种基于径向预紧力的变形补偿方法。以高数值孔径(NA)投影光刻物镜中的反射镜为研究对象,建立了反射镜的受力模型,定性分析了径向预紧力对反射镜重力变形的影响规律。利用有限元分析方法得到了在不同径向预紧力作用下反射镜的面形变化,通过数据拟合分析了径向预紧力与面形误差及其泽尼克系数之间的关系。分析结果表明:径向预紧力主要影响反射镜面形的球差项和三叶像差项;随着径向预紧力的增大,补偿后的面形误差呈现先减小后增大的趋势,当径向预紧力约为25 N时,由于重力导致的面形误差由2.009 nm减小为0.462 nm,补偿结果最优。通过实验测量了重力和预紧力作用下反射镜的面形误差,当径向预紧力为25 N时重力导致的反射镜面形误差减小了0.988 nm,从而验证了分析过程和补偿方法的正确性。     

非均匀热流边界条件下螺旋管内换热特性

对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流换热进行了数值模拟,结果表明:当螺旋管表面加热功率一定时,相同Re数下均匀热流边界条件时螺旋管截面周向局部Nu数高于非均匀热流边界条件;非均匀热流边界下充分发展段的平均Nu数小于均匀热流边界;相同的De数下,曲率较小的螺旋管换热系数大。     

非线性热弹耦合Sine-Gordon型系统的整体吸引子

研究受Peierls-Nabarro力作用的非线性热弹耦 合Sine-Gordon型系统的动力行为.利用算子半群理论证明了 在一定的初边界条件下系统存在连续解, 利用算子半群分解技巧构造了渐近紧的不变吸收集, 进而证明了系统存在整体吸引子.     

微重力池沸腾现象中的临界热流密度

本文利用我国第22颗返回式卫星实验研究了微重力条件下池沸腾临界热流现象,发现基于流体动力学不稳定性机制的LD-Zuber模型可以很好地预测不同重力条件下的池沸腾临界热流变化趋势,尽管热丝无量纲半径比该模型的适用范围扩大了3～4个数量级.这和地面常重力环境中关于临界热流尺度效应的研究结果有很大差异,表明在Bond数很小时,热丝无量纲半径已不再是描述临界热流尺度效应的唯一参数.此外,本文提出了"极限核化尺寸"的概念,来解释了不同条件下临界热流的变化特征.     

基底性质对二维层状电子气感应电场的影响

采用线性化量子流体动力学模型,研究了载能粒子与二维层状电子气相互作用时的集体静电激发现象。在适当的边界条件下推导出感应电势,入射粒子所受的阻止力和侧向力的一般表达式,讨论了存在绝缘基底情况下基底介电常数对感应电势、阻止力及侧向力的影响。结果表明:当入射粒子速度较小时,基底的极化电场较弱,其介电常数的变化对感应电场几乎无影响,而当速度较高时因极化电场较强而影响很大;入射粒子距离与基底相连的电子气平面越近,基底介电常数对各物理量的影响越大。     

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.     

Sonic velocity in holographic fluids and its applications

Gravity/fluid correspondence acts as an important tool in investigating the strongly correlated fluids.We carefully investigate the holographic fluids at the finite cutoff surface by considering different boundary conditions in the scenario of gravity/fluid correspondence. We find that the sonic velocity of the boundary fluids at the finite cutoff surface is critical in clarifying the superficial similarity between the bulk viscosity and perturbation of the pressure for the holographic fluid, where we set a special boundary condition at the finite cutoff surface to explicitly express this superficial similarity. Moreover, we further take the sonic velocity into account to investigate a case with a more general boundary condition. In this more genaral case, although two parameters in the first order stress tensor of holographic fluid cannot be fixed, one can still extract the information about the transport coefficients by considering the sonic velocity seriously.     

基于相场方法的孔隙尺度油水两相流体流动模拟

基于真实岩心颗粒粒径分布,利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型,利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解,研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明：驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数,进而有利于采出程度的提高;就润湿性而言,水湿条件下毛管力是水驱油的动力,而在油湿条件下是阻力,因此水湿岩心采出程度更高.同时,从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示,结果表明：由于多孔介质的复杂孔隙结构,流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征,进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.     

Capillary instability of the cylindrical interface between ferrofluids in a magnetic field with circular field lines

Capillary breakup of a viscous magnetic fluid layer subjected to a gradient magnetic field under hydroweightlessness is studied within the linear theory. The cylinder surface of a current-carrying conductor serves as the inner boundary of the layer. The outer boundary of the layer is the coaxial interface with an immiscible nonviscous fluid of lower permeability. The particular subject of investigation is the effect of the relative thickness of the layer and that of the magnetic Bond number on the characteristic time of growth of the fastest-increasing harmonic and on the size of droplets forming under the ultimate conditions of capillary breakup (i.e., at large and small Ohnesorge numbers).     

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。     

纳米尺度下毛细流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究纳米尺度下壁面润湿性对毛细流动的影响,主要考虑纳米通道两侧壁面润湿性相同与不同两种情况。研究表明：两侧壁面润湿性相同条件下,毛细流动随着壁面润湿性增强而加快, 毛细高度随时间的变化早期偏离Lucas-Washburn理论,但后期与其预测符合。在纳米通道两侧壁面润湿性不同的情况下,液面会发生振荡,两侧壁面毛细高度也不相等,且液面振荡的幅度和两侧壁面毛细高度差都随着两侧壁面润湿性差异的增大而增大。基于能量转化分析,提出两侧壁面湿润性不同情况下纳米通道中毛细流动发生的条件以及毛细流动快慢的判别依据。研究结果加深了对纳米尺度下毛细流动机理的认识,并为相关工程应用提供理论参考。     

High-frequency driven capillary flows speed up the gas-liquid phase transition in zero-gravity conditions

Under weightlessness conditions, the phase transition of fluids is driven only by slow capillary flows. We investigate the effect of high-frequency vibrations to reproduce some features of gravity effects and show that such vibrations can greatly modify the phase transition kinetics. The investigation is performed in H2 near its critical point (critical temperature 33 K) where critical slowing down enables the phase transition process to be carefully studied. Gravity effects are compensated in a strong magnetic field gradient.     

Analytical predictions of shapes of laminar diffusion flames in microgravity and earth gravity

Flame shape is an important observed characteristic of flames that can be used to scale flame properties such as heat release rates and radiation. Flame shape is affected by fuel type, oxygen levels in the oxidiser, inverse burning and gravity. The objective of this study is to understand the effect of high oxygen concentrations, inverse burning, and gravity on the predictions of flame shapes. Flame shapes are obtained from recent analytical models and compared with experimental data for a number of inverse and normal ethane flame configurations with varying oxygen concentrations in the oxidiser and under earth gravity and microgravity conditions. The Roper flame shape model was extended to predict the complete flame shapes of laminar gas jet normal and inverse diffusion flames on round burners. The Spalding model was extended to inverse diffusion flames. The results show that the extended Roper model results in reasonable predictions for all microgravity and earth gravity flames except for enhanced oxygen normal diffusion flames under earth gravity conditions. The results also show trends towards cooler flames in microgravity that are in line with past experimental observations. Some key characteristics of the predicted flame shapes and parameters needed to describe the flame shape using the extended Roper model are discussed.