多孔介质对太阳池热盐扩散影响实验研究

研究在太阳池底部增设多孔介质水层对太阳池热盐扩散的影响及对水体的传热特性和温度分布的影响.实验结果表明,多孔介质水层可以起到隔热保温作用.测量了石子水层和炉渣水层的热扩散率和导热系数,验证了炉渣水层的隔热保温性比纯水强;通过观测有多孔介质层与无多孔介质层以及不同材质、不同尺寸多孔介质等情况下的盐扩散规律,发现多孔介质层明显抑制了盐的扩散,有利于盐梯度的保持.     

突发高温下多孔介质的热质迁移模拟

对突发高温作用下多孔介质中发生的动态行为进行了考察。在干燥区采用温度、蒸汽压力和空气压力,在含湿区采用温度、饱和度和空气压力为独立变量来描述多孔介质的热质迁移过程。在数值方法上解决了模型的参数结构和计算速度问题。利用锡的浇铸实验,对模型进行了实验验证。结果表明,在误差允许的范围内,本模型与实验结果较好地相符。利用该数值模型对１０００℃下的开口二维干燥过程进行了模拟。结果表明,突发高温作用下温度的变化速度最快,饱和度的变化最慢,温度、压力、饱和度三者相互关联,综合起来反映了突发高温下传热传质的基本特征。     

随机一般多孔介质与快速扩散方程

基于作者和合作者的有关工作,本文介绍关于随机一般多孔介质与快速扩散方程研 究的若干新进展。我们从确定性的方程出发，引入相应随机方程的一般框架，再分别介绍解的存在唯一性、Harnack 不等式与应用、解的正则性和大偏差原理等。     

非均匀多孔介质中导热过程

采用控制容积法和界面调和平均导热系数以及图形处理方法,对典型非均匀多孔介质Sierpinski地毯中的导热过程进行分析与模拟计算.结果表明:实际多孔介质中温度与热流分布是不均匀和不连续的,内部结构是影响温度分布和热量传递的主要因素,其影响程度与骨架和孔隙的导热系数、孔隙的大小和分布有关;温度梯度在孔隙中明显变大与孔隙处导热系数很小相对应;热流在孔隙和骨架交界处的局部区域中明显变大,尤其是在方形孔隙的角部出现热流峰值,这与温度发生突变的位置点相对应.研究结果可以推广到更为复杂的非均匀多孔介质的场合,可以进一步认识非均匀多孔介质中的导热规律,为工程计算提供更精确的计算方法.     

一维溶质运移的参数研究

提出了有关超孔隙水压耗散对粘土中一维溶液对流-扩散溶质运移的影响的计算公式,该公式考虑了固结速率、膨胀速率、超孔隙水压力、吸出耗散等对非线性对流运移影响.并且论述了超孔隙水压力造成的耗散、外部荷载引起的吸出以及水头梯度的对土体体积变形影响,还着重探讨了有关溶质运移过程中固结、膨胀造成的水头、运移速度的不稳定变化的影响因素.     

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析是对目前静态流体或稳态多相渗流中微粒运移/捕集的补充,通过分析弹性波对微粒剥离运移捕集过程的影响,建立弹性波作用下微粒运移模型,得到对微粒运移效果和储层物性变化的影响规律。由推导得到的弹性波作用下微粒剥离临界速度可知,当微粒与孔喉半径的比值越小时弹性波导致的振荡附加力影响越大,临界速度与流体粘度、微粒/孔喉半径比成负相关,与基质胶结程度、结构力、微粒半径、微粒密度成正相关。弹性波作用下微粒运移模型需同时考虑多孔介质渗流速度的变化,此时微粒剥离释放速率增加,但随着波衰减和时间延长而降低,微粒在孔隙表面沉积滞留速率先上升后下降,喉道堵塞的速率有所上升,说明弹性波作用下微粒的剥离和悬浮能力增加,但亦增加了微粒在微细孔喉"架桥"堵塞的可能性。研究结论对岩石物理学和工业化波动处理涉及的储层物性研究具有一定指导意义。     

固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性

采用数值计算的方法,通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程,初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹,并在此基础上,求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率,进而研究颗粒的被吸附特性.数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异.颗粒流出概率(实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度)与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立,而对分形多孔介质并不成立.     

Optical implementation of quantum random walks using weak cross-Kerr media

Weak cross-Kerr media provides additional degrees of freedom of qubits in quantum information processing. In this paper, by exploiting weak cross-Kerr nonlinearity, we propose an optical implementation scheme of one-dimensional quantum random walks. The random walks are described by the interaction of single photons with cross-Kerr media. The proposed scheme can also be used to implement one-dimensional quantum random walks on an infinite line.     

不可压流体饱和多孔介质的变分原理

基于多孔介质理论，在小变形、固相骨架和流相不可压的假定下，建立了流体饱和多孔介质拟静态、动力响应的若下变分原理，本文的变分原理之一可容易退化为Gurtin变分原理。     

Scaling effect of breakthrough character in porous media

Breakthrough phenomenon during fluids percolating through wet saturated porous layer is widely met in the study of heat and mass transfer in porous media. Breakthrough pressure (BP) is a characteristic pressure that indicates the intrinsic properties of seepage within porous media. Measuring results of BP for saturated narrow-sieved sand are reported here. The curve of BP varying with the height of porous layer was obtained. Experiment and analysis indicate that BP is independent of the height of particle packed layer if thick enough; however, when the height is less than a certain critical value, BP diminishes with the decrease of the height according to a universal scaling law.     

孔隙介质渗流微观数值模拟

论述了孔隙介质渗流宏微观研究之间的联系,以及微观渗流研究的重要意义。综述了国内外有关渗流微观结构模拟方面的研究问题和当前主要研究方法,分析了各种微观物理模型及相应的各种数学模型的研究特点和研究手段。比较了孔隙结构研究的随机模拟方法和全局升尺度法,指出了两种方法的优缺点,最后对孔隙介质微观渗流研究的发展趋势进行了展望。     

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.     

多孔介质突破特性的薄层效应

为深化多孔介质突破行为的机理研究,对引起多孔介质突破特性尺度效应讨论的实验数据,结合实验原理重新作了分析。所谓的多孔介质突破特性的"尺度效应"应是边壁效应的反映。由于堆积状况的随机性,给定颗粒介质的突破压强在一定范围内存在不确定性。实验观察到的突破压强波动范围最高可达±12%。边壁效应的存在和突破压强的不确定性,使得以实验方法量化尺度效应是不可行的。实验分析表明:湿饱和颗粒介质的突破特性只是一种薄层行为,与实验介质厚度无关。     

X射线成像辅助多孔介质内渗流烘干仿真实验

为了提高烘干速率,利用X射线成像实验研究气体喷注时液体在多孔介质内的渗流干燥过程。结果表明液体渗透和干燥速度是由粘滞压降、气体渗透的状态及多孔介质的毛细管特性决定的。注入完全饱和的气体时,干燥只会引起气体膨胀。毛细作用从高浸透的区域到低浸透的区域,导致更多的一致的曲线形状。注入干燥气体时,干燥器放在进口,扩散器穿过多孔介质。实验结果与一个来自连续性模型的数字结果相比较。这个模型对砂岩有一个好的结果,但相对于石灰石的实验不是很满意。     

多孔介质对流干燥过程数值模拟

为研究含湿毛细孔介质干燥过程的相变现象,建立了相变的传热传质数学模型.模型中以残余饱和度将多孔介质划分为湿区与干区,湿区和干区以“蒸发界面”动态边界相互耦合.用有限差分方法对多孔介质一维干燥过程进行了计算,数值解表明:干区是等速干燥与降速干燥的分界点;干燥初期多孔介质压力升高,温度下降;随后在等速干燥段温度分布保持不变,在出现干区时再度升高.干区出现的初期,蒸发界面向多孔介质内部推进的速度较慢,在到达介质厚度10%左右时出现转折,随后推进速度加快.     

各向同性多孔介质中Kozeny-Carman常数的分形分析

Kozeny-Carman(KC)方程是多孔介质渗流领域最著名的半经验公式,长期以来,KC方程及其推广形式被广泛用于估算多孔介质的渗透率.但是,方程中的KC常数是一个没有确切物理意义的经验常数,且被证明并非一个常数值.天然多孔介质中的孔隙分布往往表现出自相似的分形标度律.因此,根据多孔介质的分形特征利用微观几何模型计算了各向同性多孔介质的有效渗透率,并进一步推导了KC常数的解析表达式.结果表明,KC常数是由多孔介质的微结构决定的,是孔隙率和分形维数的函数,且随着孔隙率的增加而增大.     

裂缝网络多孔介质渗流特性研究

作为裂缝网络型多孔介质渗流特性研究的基础,本文忽略了母体材料的渗流影响,主要讨论了分形分叉网络模型的渗流特性,其中包括压力、流量、阻力和渗透率等输运参数与裂缝网络结构、孔隙率的关系,给出了显式表达式.并给出了这些输运参数与裂缝网络结构的标度关系.     

饱和多孔介质中球形空腔的动力响应

以修正的Biot饱和多孔介质理论为基础,应用势函数和Fourier变换,求解了饱和多孔介质的球对称动力问题,并在此基础上,分析了饱和多孔介质中球形空腔的动力响应.     

多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.     

双相介质界面裂纹的J积分守恒性研究

通过证明得到了双相介质层状复合材料中的任意一种均质材料的回路J积分等于零;证明了在双相介质层状复合材料的界面上裂纹,以及平行界面的裂纹尖端的围道J积分是守恒的,为J积分表征多相材料的断裂韧性提供了理论依据.利用有限元的方法对给出的J积分,进行数值验证.