考虑稀薄效应的页岩视渗透率研究

页岩孔隙细小,页岩气在页岩孔隙中的渗流会受到稀薄、克努森扩散、滑移效应的影响。为了表征页岩中气体渗流能力,在考虑稀薄效应对气体黏度影响的基础上,对气体质量通量方程进行了修正,得到了考虑稀薄效应、克努森扩散、滑移效应和孔隙壁面粗糙度的视渗透率计算模型。研究表明,当温度一定时,考虑稀薄效应影响的页岩视渗透率比不考虑稀薄效应的视渗透率大,两者间的差值随着压力的降低而减小。当压力一定时,考虑稀薄效应的页岩视渗透率比不考虑稀薄效应的视渗透率大,两者间的差值随着温度的增加而增大。当温度和压力都恒定时,考虑稀薄效应的页岩视渗透率比不考虑稀薄效应的视渗透率大,两者间的差值随着孔隙半径减小而增大。     

稀薄气体流动特点及研究现状分析

随着航空航天技术以及微电子机械系统(MEMS)的发展和广泛应用,稀薄气体流动的研究越来越被重视。稀薄气体流动中涉及到稀薄效应问题,在传统流体力学中可忽略的一些影响因素,比如表面力,面容比,梯度参数效应等变得重要起来。由于尺度效应、表面效应等因素的影响,稀薄气体流动表现出自己的特点：流动涉及的表面积与体积之比增强、梯度参数效应,表面效应,流体极性等。针对微电子机械系统,对稀薄气体流动的研究现状进行了综述,并对其特点进行了分析。     

稠密性对微尺度与稀薄气体流动相似性的影响

基于Enskog稠密气体理论,通过考察密度对气体物性及流动特性的影响,分析了微气体流动与稀薄气体流动相似性成立的条件.结果显示,若微气体流动中需要考虑稠密性对气体物性和宏观流动参数的影响时,表征微气体流动和稀薄气体流动的3个量纲一的特征数(Kn、Re和Ma)不可能同时对应相等,两种流动不可能相似.研究了稠密性对徽气体流动特性和输运系数的影响,同时,分别以基于稠密气体理论的声速相对偏差小于5%和基于热力学分析的压力相对偏差小于0.5%为限,计算得出各种气体在两种流动相似性失效时的密度值.     

气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响

为研究气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响,给出了MEMS气体轴承-转子系统运动方程和MEMS气体轴承的雷诺方程;利用双向隐式差分算法,给出了修正雷诺方程的详细数值求解过程;将转子运动方程与雷诺方程相结合,采用4阶龙格-库塔方法计算分析了气体稀薄效应对气体轴承-转子系统不平衡响应的影响。研究结果显示,考虑气体稀薄效应后,当质量偏心距较大时,MEMS气体轴承-转子系统的失稳轴颈转速较大,表明合适的偏心质量有助于改善系统的稳定性;在相同的质量偏心距下,考虑气体稀薄效应时气体轴承-转子系统在较低轴颈转速处出现峰值,表明此时不平衡偏心质量对气体轴承-转子系统运动的影响增大。     

粗糙微通道内稀薄气体流动与换热的蒙特卡洛直接模拟

采用Delaunay三角化方法对计算区域进行网格划分,开发了适合于非结构化网格的蒙特卡洛直接模拟程序,并对程序的正确性进行了验证.在此基础上模拟分析了粗糙元为三角形的平行平板间微通道内稀薄气体的二维流动与换热.通道进出口压力固定,上下平板温度恒定.计算分析了粗糙元高度、宽度以及分布密度的影响.结果表明:微通道内粗糙元对流动与换热有明显的扰动;随着粗糙元的变大,速度跳跃显著,甚至出现漩涡,增加了通道内的压力损失;但粗糙元增强了微通道壁面与气体之间的换热.     

微机械结构中考虑边界滑移的穿孔平板压膜阻尼分析

针对微机械结构中的穿孔平板提出了一种精简的压膜阻尼计算模型,计算时考虑了气体的稀薄效应和穿孔造成的压力损失及其内壁产生的气流剪切力.分析时将穿孔平板分解为多个压力分布相同的圆环板,通过修正的雷诺方程得到每个圆环板的压力分布.考虑边界滑移解释了气体的稀薄效应,根据气体的流量守恒给出了穿孔造成的压力损失.为了验证理论模型的正确性,分别与Kwok、Veijola的理论模型和Pasquale的实验结果进行了对比.结果表明本文给出的阻尼计算模型相对于Kwok给出的阻尼计算模型计算起来更准确,相对于Veijola给出的阻尼计算模型在精度相差不大的情况计算起来更方便.      

内燃机实现稀薄燃烧技术的缸内流场分布规律研究

采用数值仿真和试验研究相结合的方法,对缸内混合气体的流场分布规律进行数值模拟,对运算结果进行了分析,发现气体的压力场、温度场、速度场等流场的分布随点火提前角、空燃比、温度和压力的变化而发生改变的规律,为点火系统的能量计算提供实验依据,使稀薄燃烧最终得以实现.     

滑移区稀薄气体外掠圆柱体换热的数值分析

针对滑移流区稀薄气体横掠圆柱体的强制对流换热问题,采用气体分子动力学,对速度滑移与温度跳跃边界条件以热流密度项与壁面切应力项形式进行修正,并植入到Fluent软件中,实现滑移流区换热的数值模拟。对雷诺数Re范围为0.001~20、克努森数Kn范围为0.001~3的工况进行了数值计算,并与实验结果进行对比。结果表明:采用滑移边界修正的CFD模型,可实现对稀薄气体滑移流区流动换热的精确模拟;当气体流态处于连续流状态(Kn≤0.01)时,边界条件的变化对数值结果影响不大;当气体流态处于滑移流状态(Kn范围为0.01~0.1)时,采用提出的滑移边界修正模型将能得到更加准确的计算结果;并且采用该模型可以对部分过渡流区(0.1相似文献   

求解滑移流区外掠圆柱体气流流动与传热特性的数值模型

为了更精确地求解滑移流区稀薄气体外掠圆柱体流动与传热问题,基于有限容积法的ANSYS FLUENT平台提出了一种滑移边界修正的数值模型,该模型考虑了完整的一阶速度滑移和温度跳跃,其中一阶速度滑移包括了轴向温度引起的热蠕动影响和壁面曲率影响。将模型计算值与实验数据进行了充分对比,结果表明:当气体流动处于连续流区时,滑移边界修正模型与无滑移边界直接模拟计算误差很小;当气体流态处于滑移流区时,采用滑移边界修正模型可实现对该流态气体流动与传热的精确预示(相对误差在±2.5%);稀薄效应对低压气体外掠圆柱体的流动特性影响显著,随着克努森数增加,最大无量纲滑移速度呈线性增加,而最大表面摩擦系数呈线性降低。本文方法可广泛应用于工程之中,以探索低压气体的换热机理,为研究稀薄气体滑移流区流动与传热问题提供了一种有效的数值计算方法。     

微细圆管中气体流动的稀薄效应和可压缩效应

采用有限差分法计算了微细圆管中的气体流动。当Knudsen数处于10^-3与10^-1之间时,气体的稀薄效应造成流动气体与管壁之间的相对滑移。计算结果详细描述了边界滑移对管摩擦系数及流量的影响。计算还表明,虽然在微细圆管的气体流动中马赫数很小,但由于同时也具有很低的雷诺数及很小的管径、管长比,气体压缩性对质量流量仍有明显影响。     

影响磁头超薄气膜飞行稳态特性因素的数值分析

利用有限差分原理对修正后的气体雷诺方程进行离散,并以剪切流为迭代主项求解获得了超薄气膜润滑轴承的压力分布.在此基础上,通过改变磁头初始工作条件,如气膜特征高度、初始俯仰角、磁盘旋转速度,分别计算得到了气膜轴承在稳态下的飞行特性参数,包括气浮力、气浮力转矩、最大气浮力、最小气浮力等.文中还详细分析了这些初始工作条件对稳态下磁头飞行特性参数的影响.计算结果表明:随着气膜特征高度的降低和初始俯仰角的减小,气体轴承刚度增大;气膜特征高度不变时转速变化对特性参数的影响与俯仰角不变时转速对特性参数的影响具有相同的变化趋势.     

稀薄气体高超声流动的非结构DSMC的并行化计算

 采用非结构化三角网格为基本网格单元,在可变硬球（VHS）分子模型、Borgnakke-Larsen唯象模型、Bird的化学反应几率模型及壁面CLL反射模型的基础上,本文用Fortran语言编制了能够模拟内能松弛、热力学非平衡和化学非平衡的稀薄气体直接模拟Monte-Carlo（DSMC）源程序。针对多核计算机上进行并行计算实现技术,将并行OpenMP的模型应用于DSMC方法,编制了可在多核计算机中进行数值模拟的非结构DSMC并行程序。分别对不同稀薄领域的不同工况高超声速气体绕圆柱流动问题进行数值模拟,得到热非平衡态对飞行器流场的影响。通过数值结果的比较,验证了编制的DSMC并行程序的正确性和合理性,以双CPU、双核计算机为例,并行后的计算效率提高了近一倍。这些数值结果对飞行器流场特性分析和有效地完成飞行器热防护具有重要意义。     

稀薄气体直接仿真蒙特卡洛方法交互式并行化系统研究与实现

在分析稀薄气体直接仿真蒙特卡洛（Direct Simulation Monte Carlo,DsMc）方法特点的基础上,研究了基于高性能计算平台的DSMC问题交互式并行化技术,提出了DSMC交互式并行化流程和DSMC程序并行化系统体系结构,实现了能对DSMC问题进行处理的交互式并行化软件系统,并应用到两个微通道DSMC方法算例的并行化中,并行化后的两个算例在8个节点的并行集群系统上的计算结果与原串行程序完全吻合,证明了该交互式并行化方法的正确性．     

磁头表面结构对硬盘驱动器气膜润滑特性的影响

通过编制适用于纳米级气膜润滑的数值算法,对正压和负压两种类型的磁头结构进行了数值分析,探讨了磁头结构中各个部分对磁头/磁盘系统的影响,以期为磁头表面结构的优化设计提供理论依据.研究表明:对于正压型磁头结构,气膜承载力和最大压力的位置对系统特性有着重要的影响,可通过改变滑轨结构分布来减小这两项性能参数;对于负压型磁头结构,可以通过改变对负压产生明显影响的结构部分来增大负压力的区域,以此消弱正压力的作用;此外,在设计磁头结构时不能忽略气膜刚度的影响,大的气膜刚度对磁头飞行的稳定性起着重要的作用.     

近场光存储一体化光学飞行头结构设计与特性仿真

设计了一种新型一体化光学飞行头，通过对光学飞行头滑块气浮力分布和飞行姿态(飞行高度、仰俯角和滚动角)的数值仿真分析，对滑块气体轴承表面(ABS)形貌参数进行了优化设计，确定了滑块的主要结构参数．仿真结果表明，所设计的光学飞行头滑块的飞行高度能够在光盘的不同半径处保持在43-44nm之间，符合近场光存储系统的信号读写要求．该光学飞行头具有良好的机械性能和光学性能，可在近场光存储系统的读写过程中获得稳定的飞行高度和高信噪比的光学信号．     

平头圆柱喷流干扰流场的DSMC/EPSM仿真

应用DSMC/EPSM混合算法,数值模拟过渡区有逆向喷流干扰的轴对称平头圆柱高超声速流场,分析了流场结构、分离形态及物面气动系数分布等特性。结果表明,随Knudsen数或喷流马赫数的不同,喷流干扰流场存在差异,过渡区中的稀薄气体效应得以体现,同时反映了DSMC/EPSM混合算法是研究稀薄/连续混合区域高超声速流动的有效方法。     

Rayleigh-Benard流动的DSMC方法研究

采用DSMC方法对稀薄气体条件下大Rayleigh数Benard流进行了研究.研究表明:随Rayleigh数增加,Benard流从稳定的热传导状态向不稳定的对流状态过渡.当Rayleigh数增加到某个值时,Rayleigh-Benard流呈现出混沌特性.