页岩气渗流数学模型

针对页岩气藏流体运移机理复杂、传统模型难以准确描述的难题,本文综合考虑页岩气在孔隙中的黏性流动、Knudsen扩散以及吸附气的表面扩散和因岩石变形引起的滑移分别建立自由气和吸附气扩散方程,建立页岩气在基质与裂缝中的渗流数学模型,并采用非线性非平衡Langmuir吸附理论分析页岩气渗流过程中的解吸附机理.通过数值模拟方法研究了不同流动机制对页岩气产量的影响,结果表明,吸附气的表面扩散与滑移对页岩气产量的影响均在0.1%以下,可以忽略;黏性流动与Knudsen扩散主导页岩气的渗流;非平衡吸附速率对页岩气产量影响较大,吸附速率越大,产量越大.本文建立的模型能较好地揭示页岩气的复杂渗流机理,并为页岩气藏的开发提供了科学基础.     

液态泡沫强制渗流波叠加现象及其能量分析

液态泡沫是大量气泡密集堆积在微量表面活性剂溶液中形成的复杂体系, 探讨其稳定性是近 20 年来泡沫物理研究的重点, 其中渗流(亦即内部微量溶液的流动)对泡沫稳定性的影响已得到深入研究. 基于前期泡沫结构、渗流力学和能量分析等一系列工作, 数值模拟了一维多重渗流波的传播和重叠现象, 发现了波速的线性叠加规律, 这是液态泡沫强制渗流所特有的; 理论分析了渗流波重叠前后黏性耗散和表面能的变化.     

变形条件下孔隙岩石CH_4微细观渗流的Lattice Boltzmann模拟

岩体开采变形对流体渗流性质的影响是煤瓦斯共采、油气资源开发、CO2地质封存及地下水资源保护等关注的重要问题.本文基于砂岩孔隙结构CT图像,发展了一种孔隙岩石CH4微细观渗流的LBM模拟方法及适合于大尺度孔隙模型的并行算法,运用此方法模拟分析了孔隙砂岩CH4微细观渗流性质及孔隙结构特征的影响,并与实验结果进行对比,验证了LBM方法的可靠性.利用LBM+FEM方法分析了应力作用下孔隙结构变形对CH4渗流的影响机制.结果表明:该方法可以直观定量地描述岩石微细观孔隙结构特征、渗流速度场空间分布、渗透率以及应力作用下孔隙结构变形对渗流速度场、有效孔隙度和渗透率的影响.不同孔隙度砂岩渗透率的LBM计算结果与实验值具有较好的一致性.     

泥沙运动统计理论

作者采用概率论与力学相结合的方法,经过多年的研究,得出了一整套泥沙运动的统计理论,概括了泥沙运动的许多方面,可用以阐述和解决一系列问题。本文将就单颗泥沙运动力学及统计规律、输沙率的随机模型及统计规律,以及推移质扩散的随机模型及统计规律三个方面扼要地叙述所得到的主要成果,并简介其在实际泥沙输移方面的应用。     

孔隙介质中流体渗流边界演化过程的实验研究

孔隙介质中流体渗流边界形貌的研究对石油开采、核废料处置、地下水污染等工程问题具有十分重要的意义. 以流体在孔隙介质中缓慢渗流为背景, 人工制造了6种孔隙率的孔隙介质(俗称金刚玉), 采用5种不同运动黏度的流体在6种孔隙度的人造孔隙介质中进行渗流实验, 记录了渗流实验过程, 获得了不同黏度、不同孔隙率条件下的流体渗流边界形貌演化图. 估算了流体渗流边界的平均位移和流体边界形貌的分形维数, 获得了平均速度和流体边界分形维数随时间的演化规律, 进一步统计分析了渗流边界平均速度、流体边界形貌演化复杂程度与孔隙率、流体运动黏度之间的关系. 结果显示, 孔隙介质中流体渗流边界形貌是孔隙率和流体运动黏度综合影响的结果.     

基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配技术

碳纳米颗粒作为一种新颖的纳米材料,在生物医学、材料以及能源等领域都具有重要应用价值.提出一种基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配新方法.在分析了光诱导非均匀电场环境下碳纳米颗粒纳受力的基础上,建立了光诱导交流电渗流的滑移速度模型以及驱动交流电压频率模型,获得了其最优交流电压驱动频率为1kHz,并利用有限元仿真软件Comsol Multiphysics仿真分析了光诱导交流电渗流在整个装配空间的速度场分布.结合计算机视觉监控和数字投影系统,构建了基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配实验系统,进行了50nm碳颗粒的装配实验.实验结果证明,当交流电压峰值为3V,频率为1kHz时,在光诱导交流电渗流作用下,碳纳米颗粒自动地快速地富集于入射光斑的中心区域.同时,由该方法装配的碳纳米颗粒结构在高度方向上可达到1μm.结果证明,光诱导交流电渗流方法在纳米颗粒的操作与装配,以及三维纳米结构以及纳米传感器构建方面具有重要的应用前景.     

随机分析前沿研究方向初探

<正> 1 随机分析领域的一些前沿研究方向 概率论与随机分析是一个迅速发展的学科,它在理论上是基础数学理论的一个有生命力的分支,同时它本身又在众多的学科领域有广泛的应用。目前概率论与随机分析比较重要的前沿研究方向有 (1)随机微分几何与无穷维随机分析。这是概率、几何、分析等不同学科分支相互交叉与渗透而产生的新兴研究方向,是国际概率论的一个重要研究热点。在这个研究方向存在有被国际学术带头人称为“长远目标”的重要课题,如环空间(loop space)上的无穷维     

重力对两维液态泡沫点输入强制渗流的影响

液态泡沫由大量气泡密集堆积在微量表面活性剂溶液中形成, 具有高度有序的结构和独特的流变特性, 是典型的复杂系统, 与常见的固体泡沫和多孔介质截然不同. 影响液态泡沫结构和流变特性的惟一重要因素就是泡沫内部的微量液体. 这些微量液体受重力与毛细管力会在泡沫通道上(柏拉图通道和节点, 亦即Plateau border和vertex)发生渗流, 柏拉图通道和节点也往往同时发生几何拓扑变化, 释放表面能. 该自组织过程是由流体耗散趋于极小和泡沫表面能趋于极小两种机制的相互协调控制的. 重力会影响流体耗散趋于极小趋势的强弱, 进而造成不同的自组织过程, 影响泡沫内的渗流. 本文模拟了Hele-Shaw Cell内两维液态泡沫(大小为12 cm×14 cm×3 mm)在8种重力加速度 (从g = 9.8 m/s²到g = 0 m/s²)下点输入的强制渗流, 发现在竖直和水平方向的渗流波传播位置与时间的关系很好地符合幂函数形式, 指数分别为0.536+5.29×10^-3g和0.479-7.27×10^-3g, 在不同重力下两者之和接近常数1.015, 该结果将有助于进一步分析泡沫内部的协调机制.     

各种格点上的端点附壁随机行走

自1905年Pearson正式提出随机行走(RW)的概念以来,在数学上已经进行了广泛深入的研究,并扩充至物理、化学、生物、工程、商业和社会科学等许多领域.由于实际应用的需要,产生了对受限RW问题的研究.其中,端点起始于某一不可穿透壁,而受限于此壁的RW,可以作为最简单的受限RW问题之一.例如,高分子吸附时形成的尾形链,蛋白质受体上环链的形成,都可直接与这类受限随机行走模型相联系.然而,这一受限RW的基本问题并没有得到系统而简明的解答.作者等曾对端基附壁RW进行了研究,但仅限于最简单形状的格点,因此有必要加以扩充,推广至各种不同的格点.本工作表明,格点的几何特征容易与扩散方程中的扩散系数相联系,从而可以导出允许路径的密度函数及行走均方末端距等基本数学物理量.     

现代油气渗流力学体系及其发展趋势

油气渗流是油气藏开采的科学核心问题,以连续介质假设和达西方程为基础的传统渗流力学在常规油气资源开发中发挥了重要作用.近年来,非常规油气藏成为油气行业勘探开发的主要阵地,其开发理论和技术尤其是渗流问题也成为学术界研究的热点问题.非常规油气藏其岩石多孔介质具有明显的多尺度特征,尺度差异达到6个数量级之多,而且采用大规模的水平井分段压裂开发模式,储层应力强烈作用.因此,传统的油气渗流理论已无法准确描述非常规油气藏的流动特征.实质上,非常规油气资源的开发过程是一个典型的多场作用下的多流动模式的多相流体(油气水)在多尺度多孔介质的流动过程.为此,本文提出了"多场作用下的多流动模式的多相流体在多尺度多孔介质中流动动力学体系"的现代渗流力学体系的概念,并从纳微尺度油气流动模拟、流动模拟的多尺度升级、非常规油气藏的宏观流动模拟、大尺度缝洞碳酸盐岩油藏的流动模拟以及油气渗流物理模拟等方面系统阐述了其研究现状及发展趋势.     

操纵和测量单个量子态——2012年诺贝尔物理学奖简介*

同为68岁的法国科学家塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）与美国科学家大卫·维因兰德(David J. Wineland)分享了2012年诺贝尔物理学奖。他们的突破性研究,让原本神秘的量子世界不再“与世隔绝”。在量子世界中,粒子行为不遵从经典物理学规律,人类对量子的观测更是难上加难。通过巧妙的实验方法,阿罗什和维因兰德的研究小组成功地实现对单个量子态的测量和控制,颠覆了之前人们认为的其无法被直接观测的看法。     

可拓论及其应用进展

可拓学是我国学者蔡文教授于８０年代初创立的新学科、属数学，系充科学和思维科学的交叉学科。可拓不宾研究对象是矛盾问题。它研究事物的可拓性和事物开拓的规律，并用以方法。其理论支是物元理论和可拓集合。它以物元的基本元，建立物元模型；以物元可拓为依据，应用物元变换法化矛盾问题为相容问题。由于可 由于可拓学有很强的实际背景，因而在许多领域得到广泛应用。     

面向气候变化的复杂地球系统建模与模拟探索（下）*

科学界有一种不成文的法则：物理是具体模式,其原始术语摘自于真实世界的对象与关系。数学则是理想模式,其原始术语来自于对猜想的演绎。一般说来,物理学以观察、测量与实验为现象辩护。数学则是以推理演绎为物本身辩护。前者是对物理现象的诠释,后者是阐述事物隐含的本质。显而易见,这两种知识有本质上的差异,亦各有先天的盲点与缺陷。因此在入门的瞬间,彼此不一致的裂痕业已出现,并延续下来。这就是千百年来科学知识疑窦丛生的肇因。这篇论文秉持真理,根据宇宙时空结构转换所遵循的自然律为立足点,更为数学打开了通往物理公设化（axiomatisation）的门扉,进而令数学与物理学一致,以破解千百年来科学界“悬而未解”的种种问题,从根本上彻底消弭了自古以来令数学与物理陷于严重困扰的基础危机。     

面向气候变化的复杂地球系统建模与模拟探索(上)*

地球是开放系统的集合，在现实世界中，任何取自于地球的模拟对象皆包含着耗散与回递的因子，所以它们亦是非线性的。非线性方程式基本上无解，这就是建模与数字化面临的难题。因此本文给出系统的严谨数学定义与其参数，透过自动化模式、线性机械线路、形式语言与其等价的文法规则及混沌系统理论，直接以时空拓扑结构及回递函数、量子方程式与化学反应式之本质，取代偏微积分方程式，以非线性离散数学直接描述所有取自于地球的模拟对象，令数字化模式与模拟对象一致，以解决建模问题，更为科学打开通往数学物理化的门扉，进而从根本上消弭数学与物理间不一致的基础危机。     

太阳磁场测量

20世纪初太阳黑子中磁场的发现将对太阳的研究从唯象观测带入真正的物理研究。太阳磁场将太阳内部以及各层大气联系在一起,其演化驱动了太阳大气中的各种活动现象。太阳磁场的精确测量对于我们理解太阳物理学中大多数尚未解决的问题至关重要。文章主要回顾了太阳磁场的发现和观测历史,介绍太阳磁场常用的测量方法和当前面临的挑战。     

物理教学难点释疑方法

分析了物理教学中难点形成的原因,并以具体实例从运用辩证唯物主义的观点、直观教学方法、“同型”类比和“同理”类比及归纳法等具体方式上谈了认知领域的物理教学中常用的难点释疑方法。     

太阳磁场测量

20世纪初太阳黑子中磁场的发现将对太阳的研究从唯象观测带入真正的物理研究。太阳磁场将太阳内部以及各层大气联系在一起,其演化驱动了太阳大气中的各种活动现象。太阳磁场的精确测量对于我们理解太阳物理学中大多数尚未解决的问题至关重要。文章主要回顾了太阳磁场的发现和观测历史,介绍太阳磁场常用的测量方法和当前面临的挑战。     

历史的回顾与展望—关于物理学与哲学的思考

本文阐述了物理学与哲学间相辅相成的关系。援经了革命导师的有关论述及许多物理学家和哲学家对这个问题的深刻认识。回顾物理学史不难发现，物理学在其发展过程中受到过各个时代的哲学思潮的影响；相应地，物理学对物质结构的研究，相对论时空观的建立，又为哲学家解释物质世界的本质提供了依据。     

气论对现代物理学的启示

本文对中国古代气论中的准物理学思想与方法作了简要的归纳，认为可以用气论和原子论思想，来大致概括东西方两种不同科学观念和科学传统的主线，而以太论观念及其对近现代物理学的影响，正是气论自然观在西方近代科学中的投影。解决现代物理学前沿疑难的关键很可能在于跳出陈陈相因的原子论观念框架，从中国古代气论自然观中吸取有益的认识论与方法论的启迪与联想。     

破解非晶结构之谜：连接非晶态和晶态的中程序结构单元

非晶态结构本质一直是凝聚态物理和材料科学中最有趣和最基本的问题之一。非晶合金因其简单的金属键结合及密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。研究发现，非晶中存在着不同尺度的局域有序结构，其中5~20 埃米尺度范围对应中程序。近来研究揭示其在非晶合金的相变和形变过程中发挥了越来越关键的作用。现有的理论或者实验结果难以确定非晶态材料与其对应的晶态材料间是否存在中程或更大尺度范围的结构联系，同时现有的表征手段难以精确解析其短程到中 程尺度有序结构，导致中程序结构解析问题十分复杂。最近在经典大块非晶合金体系钯-镍-磷中通过对一种独特的亚稳立方 中间相进行解析，发现了一种桥接非晶态与晶态的手性中程序结构基元六元三帽三棱柱(6M-TTP)。该结构的短程序团簇以 一种奇特的手性结构构成约12.5埃米的中程序结构基元，其在铸态为长程无序堆积，而在一定温度可以转变成有序堆积的亚稳立方相。中程序结构的捕获和解析为揭示非晶态结构本质提供了新的结构模型，并且对非晶合金亚稳态中间相的析出动力学规律提出了新的解释。这些发现将有助于阐明非晶合金在中程序以及更大尺度上的结构排列，为解析非晶态的结构本质提供新的思路。