减阻纳米颗粒吸附岩心表面的去水湿作用机制与实验

疏水纳米颗粒吸附在岩心孔壁发生去水湿,形成超强疏水层,是纳米颗粒吸附法降压增注技术的关键。采用热力学理论研究疏水球状纳米颗粒在亲水表面吸附后产生去水湿的临界覆盖率,利用实际储层参数讨论纳米颗粒吸附表面诱发去水湿的主要因素及影响规律,分析去水湿的力学机制;开展纳米颗粒吸附岩心表面的去水湿模拟实验,研究岩心表面润湿性的变化和纳米颗粒的覆盖率。结果表明:岩心表面发生去润湿现象要求纳米颗粒覆盖率大于临界覆盖率;增大颗粒接触角和基底接触角,减小纳米颗粒粒径,降低液气压差,都可以降低临界覆盖率,有利于产生去水湿;疏水纳米颗粒吸附在岩心表面,使表面接触角从30°增加到127°,颗粒覆盖率达到74%,大于临界覆盖率72%;去水湿现象确实可以通过疏水纳米颗粒吸附诱发产生,验证了理论分析的准确性。     

用Lattice Boltzmann压力模型模拟纳米增注实验的流动参数

经岩心流动实验证实,岩心经纳米颗粒吸附法处理后,水流速度加快,岩心的水相渗透率有了大幅提高,平均达到82%。采用Forchheimer-Darcy模型描述岩心微孔道内的流体流动特征,建立了多孔介质表征体单元(REV)尺度上的不可压Lattice Boltzmann(LB)压力模型,编制了修正反弹格式的LB模拟程序,模拟了多块岩心的渗流效果,计算了纳米颗粒吸附法处理前、后的相关流动参数。数值模拟结果与实验结果吻合较好,说明LB压力模型适合模拟多孔介质的流动,在纳米增注渗流机制研究方面将有很好的应用前景。     

纳米颗粒吸附微管道水流特性的格子Bohzmann方法模拟

纳米颗粒吸附可以显著降低微管道的水流阻力。针对纳米颗粒吸附毛细管流动试验特征,引入速度滑移边界条件,采用Lattice Boltzmann（LB）模型分别模拟了纳米颗粒吸附前后的毛细管流动状态。结果表明,柴油处理前,毛细管内的去离子水流动规律满足N-S方程;纳米颗粒吸附后,毛细管道壁面的润湿性发生改变,边界上产生了滑移速度,纳米颗粒吸附产生的理论滑移长度达到85nm。数值模拟结果与试验数据、理论数据吻合较好,表明LB方法数值模拟具有相当精确的可预测性。     

纳米颗粒吸附微管道水流特性的格子Boltzmann方法模拟

纳米颗粒吸附可以显著降低微管道的水流阻力.针对纳米颗粒吸附毛细管流动试验特征,引入速度滑移边界条件,采用Lattice Boltzmann(LB)模型分别模拟了纳米颗粒吸附前后的毛细管流动状态.结果表明,柴油处理前,毛细管内的去离子水流动规律满足N-S方程;纳米颗粒吸附后,毛细管道壁面的润湿性发生改变,边界上产生了滑移速度,纳米颗粒吸附产生的理论滑移长度达到85 nm.数值模拟结果与试验数据、理论数据吻合较好,表明LB方法数值模拟具有相当精确的可预测性.     

纳米颗粒防止储层颗粒运移室内评价及机理分析

塔里木油田塔中地区志留系柯坪塔格组储层速敏较强,速敏造成渗透率降低,进而引发该地区油井产量严重下降。区别于常规的防膨、防颗粒运移措施,提出了应用纳米颗粒技术解决该问题。用人造岩心评价了不同纳米流体浓度对于不同驱替速率下纳米流体防止颗粒运移的效果,并通过天然岩心验证了该结果,同时从理论上计算了由于纳米流体的注入孔道内储层颗粒受力的变化。实验结果表明:纳米颗粒在浓度为0.15%条件下具有较好的防止颗粒运移的效果。     

金纳米颗粒烧结的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了不同尺寸Au纳米颗粒在烧结过程中晶型转变及烧结颈长大机制.研究发现纳米颗粒的烧结颈生长主要分为两个阶段:初始烧结颈的快速形成阶段和烧结颈的稳定长大阶段.不同尺寸纳米颗粒烧结过程中烧结颈长大的主要机制不同:当颗粒尺寸为4 nm时,原子迁移主要受晶界(或位错)滑移、表面扩散和黏性流动控制;当尺寸在6nm左右时,原子迁移主要受晶界扩散、表面扩散和黏性流动控制;当颗粒尺寸为9 nm时,原子迁移主要受晶界扩散和表面扩散控制.烧结过程中Au颗粒的fcc结构会向无定形结构转变.此外,小尺寸的纳米颗粒在烧结过程中由于位错或晶界滑移、原子的黏性流动等因素会形成hcp结构.     

天然气管输减阻剂减阻效果现场评价方法研究

减阻剂的合理使用可有效降低天然气长输过程中的能耗并提高管道的输气能力,天然气减阻剂减阻效果的科 学评价是指导减阻剂在现场合理应用的关键所在。目前国内外现有的减阻效果评价方法在管输现场的使用中有一定 的局限性,不能较好地满足现场需要。结合减阻剂减阻机理及管输现场对评价方法的要求,对国内外已用到的3 种评 价方法进行分析与完善,并提出两种新的评价方法。运用模糊综合评价法对5 种评价方法进行优选,得出采用输气效 率系数与流量反演求水力摩阻系数联合评价法是评价管输现场减阻剂减阻效果较为合理的方法。根据该评价方法, 研发了一套天然气管输减阻剂减阻效果评价软件。在某输气管线的应用中,软件评价分析结果符合现场实际情况,且 同时满足了管输技术工程人员和生产管理者的需求。软件操作简单,使用方便,得到了现场工作人员的好评。     

阳离子表面活性剂提高低渗透油藏注水效率机理

针对长庆油田低渗透油藏注水困难的问题,采用可见光分光光度计和微电泳仪研究了一种水溶性双阳离子表面活性剂在岩石颗粒表面的吸附特性和对岩石颗粒表面电性的影响规律,选用长庆油田长6地层的岩心,评价了该处理剂的抑制黏土膨胀效果及降压增注能力。结果表明,表面活性剂在岩心颗粒表面的吸附等温线遵循Langmuir吸附规律,与岩心颗粒之间的静电引力较大。吸附后,使岩石表面电势减弱,减弱了黏土的膨胀,对黏土颗粒的运移具有一定的抑制作用,因而能够降低注入水对岩心渗透性的伤害程度,明显提高低渗透油藏注水效率。     

纳米颗粒间相互作用对油-水界面张力的影响机制

为了研究油-水界面上纳米颗粒的动态吸附过程及其对界面张力的影响,采用耗散粒子动力学模拟方法,建立纳米颗粒在油-水界面物理模型,研究单颗粒的吸附动力学过程及多颗粒相互作用对界面张力的影响机制。结果表明：单颗粒在油-水界面的吸附分为自由扩散、界面吸附、动态平衡3个阶段;单颗粒吸附过程自由能变化远大于颗粒的动能,颗粒吸附可自发、快速进行,且吸附后能稳定在界面上;多颗粒间的相互作用力随颗粒间距离的增大而振荡衰减,这是由颗粒间的溶剂粒子所产生的溶剂化效应所致;当颗粒间相互作用为引力时,界面张力增大,当颗粒间相互作用为斥力时,界面张力减小。     

纳米颗粒对CO_2存储作用的实验研究

化石能源的消费导致大量CO_2排放到大气中,为降低对环境的影响,实施CO_2地下埋存被认为是当前最有效和最具可行性的方式。实验借助先进的CT扫描技术,研究岩心在被纳米颗粒溶液饱和后,CO_2在其中的流态特征及饱和度变化。实验表明:CO_2在被纳米颗粒溶液饱和的岩心中波及面积大,指进速度慢,说明岩心在被纳米颗粒溶液饱和后,存储CO_2的能力大大增强,存储效果更明显。     

卡森流体管流的减阻机理及减阻率计算

分析了流体与固体管壁之间的粘附功,揭示了卡森流体管内流动时的减阻机理,认为流体在流动过程中滑移的产生是减阻的本质. 推导出了卡森流体的减阻率表达式,讨论了各参量对减阻率的影响,并提出了实现卡森流体减阻的措施.     

水煤浆管流的表观滑移流动研究

通过理论推导和计算,研究了存在壁面表观滑移的水煤浆管道流动规律.结果表明,滑移层厚度(微米级)对流动有一定的影响,而且由于滑移层的存在引起的减阻取决于无量纲的滑移层厚度,流量随滑移层厚度的增加而增加,即线性递增.当滑移层厚度在微米级内增加时,水煤浆的滑移修正系数随之增大,并且成正比关系.     

Research on adaptive anti-rollover control of kiloton bridge transporting and laying vehicles

The SPMT construction method is a new rapid construction technology of large urban overpass with unblocked traffic, and unstability of SPMT construction method equipment cannot be accurately described due to the concrete beam size, irregular shape and complex transport conditions, which is called kiloton bridge transporting and laying vehicle.The anti-rollover performance of SPMT suspen-sion system is studied, and vehicle side slip angle and load transfer rate ( LTR) are regarded as the evaluation indexes.An active suspension adaptive anti-rollover control model of SPMT, in which roll stability affected by the structural parameters and control parameters, is built based on fuzzy PID, and the effectiveness of the control method is verified through real vehicle test.     

超疏水表面仿生原型制备技术研究分析

超疏水表面(superhydrophobic surface)是指水滴静态接触角>150°且滚动角<10°的材料表面,广泛应用于自清洁、防腐蚀、疏水抑冰与船舰减阻等诸多工程领域。基于仿生工程学原理,人们对典型超疏水仿生原型进行广泛研究,以期获取超疏水表面研制的理论基础。从呈现超疏水润湿现象的典型动植物体表入手,综述其表面微形貌结构特征对超疏水润湿特性的影响机制,介绍材料表面超疏水润湿行为量化表征的数学模型;重点关注仿生超疏水表面制备技术的最新研究进展,包括传统制备方法与3D打印制备技术,以及超疏水表面制备样件的功效表征;分析指出仿生超疏水表面的低成本、大面积、功效持久性是该领域未来发展的重要方向。研究成果可加深学者对超疏水润湿特性的认知,推动超疏水表面仿生研制新思路、新方法、新技术的发展。     

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.     

基于离散元模拟的不同挡土墙位移模式下非极限主动土压力

针对刚性挡土墙主动位移过程中砂土非极限主动土压力问题,利用PFC2D^分别对挡土墙绕墙顶转动(RB)模式、绕墙顶转动(RT)模式和平动(T)模式下砂土主动破坏过程进行模拟分析。分析结果表明,不同位移模式下土体内摩擦角及墙土摩擦角调动规律存在差异。挡土墙主动位移过程中,RB模式下土体破坏从墙顶开始,向墙脚发展,土楔体内部只有靠近墙背侧区域出现主应力偏转现象,并且土楔体中内摩擦角调动值均能达到极限值。RT模式下,土体破坏沿着墙背和滑裂面从墙脚开始,向土体表面发展,墙后土楔体中上部区域主应力偏转角度较大,形成了大主应力拱,与此对应的是该区域内摩擦角调动值相对初始内摩擦角减小。T模式下,土体破坏分别沿着墙背从墙顶向墙脚发展以及沿着滑裂面从墙脚向土体表面发展,墙后土楔体内部会出现小主应力拱,并且内摩擦角调动值从初始内摩擦角增加,但达不到极限值。     

超疏水材料在水管内壁减阻的应用

针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,并结合水利与环境方面的专业知识,以节约能源提高效率为目的,展开了关于超疏水管道的有关研究．通过实验研究疏水材料应用于输水管道的减阻效果,并与普通接触角的超疏水管道对比,得出接触角与减阻效果的图表,继而提出应用于实际的方案．通过实验研究,发现随着接触角增大输水管道内水的流速也有增大趋势．也简要综述了前期的超疏水材料制备和生物应用方面的研究工作．     

水泥土挡土墙抗倾覆稳定性分析

基于水泥土挡土墙倾覆失稳机理的分析,提出可能倾覆的转动点不在墙趾的水泥土挡土墙抗倾覆稳定性分析方法。该法考虑了地基承载力大小的影响。计算结果表明,地基土内摩擦角越大,倾覆转动点越靠近墙趾,按本文定义的抗倾覆安全系数也越来越大,但始终小于现行规范方法的结果。     

射流表面射流角度与射流速度耦合减阻特性

针对射流的仿生非光滑表面的减阻问题,运用可拓学基本原理建立了射流角度与射流速度耦元、耦合的可拓模型.利用SSTk-w湍流模型在对射流表面射流角度与射流速度耦合情况下的减阻特性进行了数值模拟,并以此研究了射流表面压差阻力和黏性阻力减小的原因和射流表面边界层的控制行为.结果表明:在射流的角度、速度耦合的情况下,射流表面的减阻性能较好;当耦合的射流角度为30°、射流速度为1.2 m/s时,减阻率最大,为28.10％;角度、速度耦合下的射流表面有助于减小模型壁面的速度梯度,增加壁面黏性底层的厚度,继而降低了模型壁面的压差阻力和黏性阻力,并且表现出良好的减阻性能;耦合下的压差阻力在一定程度上可以作为一种附加的动力,对射流表面流体起到推动的作用.     

基于PSO搜索潜在滑裂面非极限状态土压力计算

作用于刚性挡土墙侧土压力的计算一直沿用经典的朗肯或库仑土压力理论,这两种理论只能求得极限状态的土压力,而在许多实际情况下,挡土墙的土压力处于非极限状态.本文将潜在滑裂面视为一任意曲线,改进水平层分析法,同时基于摩擦角随位移的变化关系,对平动模式下墙后填土进行分析,推导出非极限状态下主动方向土压力分布、合力大小及作用点的理论公式.以各薄层微元的滑裂面倾角为变量,利用PSO(粒子群算法)对潜在滑裂面进行搜索从而获得土压力最优解.分析了内摩擦角、刚性挡土墙位移量对非极限状态主动方向土压力分布、土压力合力大小、土压力合力作用点高度以及潜在滑裂面的影响.本文提出的计算方法得出的结果与试验数据的大小及变化趋势基本吻合,具有推广应用价值.