生物膜滴滤床降解低浓度有机废气的理论模型

将生物膜滴滤塔内的多孔填料简化为由多个管内覆盖有生物膜的竖直毛细管并行排列构成的填料, 建立了一个净化低浓度有机废气的毛细管模型. 运用两相流理论获得了毛细管内液膜厚度分布, 然后考虑气液界面、液膜和生物膜内的传质阻力以及氧对微生物生化反应的限制, 并结合生化反应动力学理论, 建立了气相、液相的传质方程以及生物膜内的传质与生化反应动力学方程. 对离散后的方程进行了迭代求解. 模型的理论预测值与净化低浓度甲苯废气的实验值基本吻合. 计算结果表明: 在一定的进口污染物浓度条件下, 滴滤塔的净化效率随气体流量和液体流量的增加而下降. 降解有机废气的速率主要受液膜传质阻力控制, 越接近滴滤塔废气, 进口的污染物降解率越高.     

考虑气液相滑移影响的气井两相节流预测模型研究

为进一步提高气井井下节流两相流流型判别及质量流量预测的准确性,通过建立气液两相节流模型临界压力比和质量流量预测评价方法,对3个常用的气液两相节流模型进行了评价。从质量、动量及能量守恒原理出发,运用对比拟合的方法同时考虑节流过程气液相滑移的影响,提出了新的气液两相井下节流流型判别准则。在此基础上提出了适应于临界流/亚临界流条件下节流质量流量预测的新模型,并运用新模型预测了临界压力比及节流质量流量。在实验数据范围内,该模型的预测性能明显优于已有模型。     

倾斜圆管内超临界压力CO_2流动换热数值分析

对超临界压力CO_2在内径为10 mm、加热长度为2000 mm、倾斜角度α=45°的倾斜光管内向上和向下两个方向的流动与传热行为进行数值计算.采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,通过超临界压力CO_2在垂直光管内向上流动传热的实验数据验证了计算模型的可靠性和准确性,分析了倾斜圆管内壁温度T_(w,i)和对流换热系数h沿圆管轴向和周向的变化规律.基于超临界压力CO_2在类临界温度T_(pc)处发生类气-类液"相变"的"类沸腾"假设,研究了超临界CO_2在倾斜圆管内不同方向流动时顶母线壁温分布产生差异的原因,通过获取圆管横截面内速度分布、物性分布和湍流分布等详细信息,重点分析了产生这一差异的传热机理.计算结果确定了类气膜厚度、轴向速度u、湍动能k和黏性底层厚度δ_(y+=5)是影响不同流动方向时顶母线壁温分布差异的主要因素.     

磁性液体表面形貌与颗粒排列结构的电子显微镜观察

采用特殊的制样技术并通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察分析了磁性液体表面形貌和磁性纳米颗粒的排列结构. 在外加垂直磁场作用下, 磁性液体液膜表面呈现一种准周期性的条带状峰峦分布, 内部纳米颗粒呈现出准直线链状定向排布. 它们都与外磁场分布、颗粒的磁相互作用及与载液的相互作用有关, 且最终受到外磁场分布的制约.     

超音速分离管内多组分气体分离的相平衡计算

建立了超音速分离管内多组分气体分离的相平衡数学模型, 并给出了相应的计算方法. 用所提出的模型和求解方法对用于中试的天然气净化分离管内天然气的相平衡特性和分离效果进行了预测, 并与实测结果进行了比较. 结果表明, 预测结果与中试实验结果基本吻合, 证明所建立的数学模型和计算方法的可靠性, 能够较精确地预测气体超音速分离管分离得到的气液两相各组分含量等相平衡参数以及流量、密度等流动参数, 也为超音速分离管的结构优化提供了理论根据.     

低质量含气率折流板管壳式换热器壳侧气液两相流动与换热特性的实验研究

采用实验的方法研究低质量含气率(3%~5%)对折流板管壳式换热器壳侧气液两相换热和流动的影响,在相同的管内流体参数下比较了壳侧单相与两相流体流动和换热特性,并结合实验数据分析不同两相流流型下壳侧的流动与换热特性。以迪图斯-贝尔特公式为基础拟合出努谢尔特数Nu和雷诺数Re的关系式,以气液两相均相流模型为基础拟合出摩擦阻力系数fi与Re的关系式,为折流板管壳式换热器气液两相流的应用提供参考依据。     

稀相气粒两相流的LES／FDF模型及其在平面尾迹两相流中的应用

推导了气粒两相流中颗粒所见流场速度的滤波密度函数（FDF，filtered density function）输运方程，建立稀相气粒多相流的LES／FDF模型并对气粒两相平面尾迹流动中颗粒的湍流扩散进行了数值模拟研究．将模拟的结果与实验数据及不使用FDF模型得出的结果进行对比，说明LES／FDF模型能够更好地描述颗粒的空间扩散．     

非均质底水油藏水平井沿程水淹模型

地层非均质性和井筒压降是水平井沿程见水不均匀的两个重要影响因素.本文建立了底水油藏地层两相渗流与水平井井筒变质量流的耦合模型,并给出求解方法.保持井筒沿程平均渗透率和变异系数不变,构造不同的渗透率分布,并以此为基础,利用所建模型对井筒沿程产液剖面与渗透率剖面关系、井筒沿程含水率变化规律和水平井井口含水率变化规律进行分析.研究表明,由于井筒压降的作用,沿程渗透率分布对水平井含水率的变化有很大的影响,井筒沿程产液剖面与渗透率剖面相关性沿流体流动方向逐渐变差;在井口定产液量的条件下,高渗带与跟端距离越近,高渗带处产液量越来越大、水平井见水越早、井口含水率上升得越慢、开发效果越差.     

粗糙圆柱水平入水的界面流动分离特性试验研究

针对具有微米级颗粒的粗糙圆柱水平入水开展试验研究,通过以高速摄影为工具的流动显示技术研究了粗糙圆柱以不同初速度入水后,水与圆柱表面的界面流动发生的几何形态、运动的变化,对流动分离位置进行了较准确的测量.研究表明,粗糙表面会导致圆柱入水时气-固-液三相接触线出现锯齿形失稳,接触线速度明显降低,液面更容易与圆柱表面分离.其次,对液面分离的影响因素开展研究,发现随着表面颗粒尺寸减小和单位面积的颗粒数目增加,分离角呈现先增大后减小再增加的变化规律;随着入水速度的增加,分离角度减小,界面流动更容易发生分离.最后,通过对不同粗糙表面静态及动态接触角的测量,对粗糙表面动态接触角滞后特性与入水界面流动分离的相关性问题开展了研究.     

多孔芯冷凝器内流动与换热特性

研究了新型毛细泵环系统（CPL）中的多孔芯冷凝器内部流动与换热机理,建立数理模型,通过数值求解,分析得到液膜形状及壁面过冷度,热负荷,不同工质等各种因素对流动换热过程的影响.同时,利用所建立的实验系统对理论求解进行了验证.     

非平衡凝固条件下耦合弛豫效应的M-S理论

以扩展不可逆热力学为基础, 针对非平衡凝固过程中界面前沿液相中非平衡溶质扩散造成的弛豫效应, 对界面稳定性动力学M-S理论进行了修正. 发现在稳态条件下弛豫效应改变液相中的浓度场, 因而影响界面的稳定性. 通过界面前沿液相溶质浓度与温度的耦合关系, 综合考虑动力学过冷度以及与固液界面移动速率相关的液相线斜率等动力学因素的影响, 进而得到适用于非平衡凝固的平界面稳定性判据. 结果表明平界面的稳定性受与固液界面移动速率相关的液相线斜率影响, 但与动力学过冷度无关.     

定向凝固界面形态演化及其稳定性的相场法研究

采用B—S相场模型研究了二元合金定向凝固过程中抽拉速度和温度梯度两种凝固参数对界面形态演化、溶质分布、溶质截留及界面稳定性的影响．模拟结果再现了随抽拉速度和温度梯度的变化凝固界面形态发生深胞→浅胞→平界面的演化过程，比较了不同抽拉速度和不同温度梯度下一次间距、沟槽深度以及有效溶质分配系数等参数，预测了高抽拉速度和高温度梯度条件下的绝对稳定性，模拟结果与M—S稳定性理论吻合良好．     

纳米流体的格子Boltzmann模拟

纳米流体是由流体与纳米粒子组成的胶体悬浮物, 与普通固液两相流相比, 其传热性能明显增强. 悬浮在流体中的纳米粒子会受到运动阻力、Brown力、粒子间扩散力、重力等内力或外力的影响, 因而其运动规律极其复杂. 根据纳米流体中粒子和液体介质的受力关系, 建立了纳米流体的格子Boltzmann流动与传热模型, 并用于分析纳米粒子的动态分布.     

两层流体热毛细对流空间实验研究

1999年, 在我国实践5号卫星上完成了两层流体空间实验, 实验研究两层不相混合流体的纯Marangoni对流(温度梯度与界面垂直)与热毛细对流(温度梯度方向与流体界面平行). 前者存在发生Marangoni对流的最小临界温差值ΔT_c, 低于该值流体系统处于静止状态；后者中只要存在沿界面的温度梯度便会产生热毛细对流. 空间实验采用石蜡和氟化液两层流体新体系, 实现了平整的液-液交界面, 并从卫星上传回上万幅数字图像. 通过多幅图像叠加处理得到了定量的流速场. 数值模拟计算分析了相应工况时对流流动的速度场, 两者的流场结构和速度大小基本一致, 实验验证了理论模型.     

页岩气多尺度复杂流动机理与模型研究

页岩气储层纳微米孔隙、裂缝结构复杂,存在多尺度流动,气体的流动规律不同于常规气藏.本文对多孔介质内气体流动进行了研究,利用努森数划分不同尺度下气体流态,阐明了不同区域的流动机理和流动特征;综合考虑达西渗流、滑移扩散效应、井筒附近高速非达西效应等多重非线性效应,建立了页岩气储层多尺度统一流动模型.引入页岩气储层基质-压裂缝耦合两区模型,建立了页岩气储层压裂井定压条件下的两区压力分布和产能预测方程,并结合生产实例进行了参数敏感性分析.结果表明:随着滑移扩散系数、分形系数、压裂半径的增大,页岩气井产能增加,且增加幅度减小;考虑高速非达西效应较不考虑高速非达西效应时,页岩储层产能偏低,且高速非达西效应的影响小于滑移扩散对产能的影响.该模型为体积压裂页岩气产能预测及开发指标优化提供了理论依据.     

复层孔隙分布含油轴承的孔道渗流及润滑机制

含油轴承基体中油液的渗流行为对轴承油膜润滑性能影响显著.以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象,耦合分析轴承系统(包括轴承间隙和多孔轴承内部)的流体流动,基于Darcy定律描述油液渗流行为,并在极坐标下建立含油轴承系统的渗流润滑模型,研究轴承系统中油膜压力的分布规律,分析表面粗糙度、结构参数等对油膜润滑性能的影响.采用粉末冶金工艺制备不同表层孔隙率的复层含油轴承试样,在端面摩擦试验机上开展含油轴承的摩擦学实验,并对数值分析结果进行验证.结果表明,与普通单层含油轴承相比,不同孔隙率分布的复层含油轴承能阻止润滑油液渗入多孔介质,提高轴承润滑性能;随着综合表面均方根粗糙度增大,油膜润滑性能变好,随着表层厚度或表层渗透率增加,油膜润滑性能变差.摩擦实验与润滑理论分析具有相似的结论,验证了所建数值模型的可靠性.研究工作为明晰含油轴承渗流润滑机理及其影响机制提供一定理论依据.     

浮法玻璃表面渗锡过程的数值模拟

通过分析浮法玻璃渗锡机理,综合考虑玻璃内部氧活度及锡的氧化还原反应,建立了亚锡离子氧化模型计算亚锡离子转化为锡离子的速率,为两种离子浓度分布的独立预测及渗锡机理的数值方法验证提供了条件.在此基础上,建立了扩散过程的耦合数值模拟方法,同步模拟了两种离子的渗透过程.结果表明：高铁含量玻璃在锡槽的还原性气氛中,氧活度剧变处发生了锡离子的积聚,渗锡分布出现卫星峰,而低铁含量玻璃无该现象.与徐冷法相比,锡槽内采用加热重热温度制度,渗锡量、渗锡深度更高,卫星峰向深度方向迁移.为了控制渗锡量,应减少玻璃在高温区停留时间.     

基于AUSMV算法的井筒气液两相流瞬态流动规律模拟研究

在深层油气藏钻进中,由于井筒与地层连通且安全密度窗口较窄,极易发生物质交换,导致溢流、漏失以及溢漏同存频发,进而引起井筒内的复杂多相流动。为了实现精确控压、确保井控安全,需要掌握各种工况条件下井筒多相流动规律。针对井筒内的复杂多相流动,基于漂移模型建立井筒气液两相流瞬态流动模型,并利用高计算精度的AUSMV格式进行求解。借助MATLAB软件,编程模拟气侵下井筒内的气液两相流动规律,分析气侵量、滑脱速度等参数对井底压力、井口套压、气体速度以及气体体积分数的影响。结果表明:气侵量越大,井底压力、井口套压越大,气体体积分数达到100%的速度越快,气体逆流现象越明显;滑脱速度越大,井底压力和井口套压达到稳定状态的时间越短,气体的运动速度越大,气体体积分数几乎不受滑脱速度的影响;流动参数对井口套压、井底压力和气体体积分数影响较小。该研究可以对精确计算关井后的相关压井参数起到一定的理论指导意义。     

燃煤飞灰吸附脱汞能力的实验研究

运用煤岩学分类相关理论对燃煤飞灰岩相组成进行了系统定量分析,并采用固定床汞吸附反应系统对不同电厂飞灰吸附汞的能力进行了详细研究,结果表明:不同的飞灰对汞均有一定的吸附能力,其中以烟煤飞灰CTSR和CTL的富碳组分对汞的吸附能力最强,其吸附能力分别为10.3和9.36μg/g,与商业活性炭捕获能力相当;飞灰中汞的含量与其含炭量和比表面积并无明显的相关性.揭示了飞灰颗粒岩相组成,分析了飞灰脱汞能力的影响因素.不同飞灰碳颗粒类型脱汞性能差异明显,各向异性碳颗粒尤其是多孔网状结构碳含量是决定飞灰脱汞能力的主要因素.     

直接甲醇燃料电池质子交换膜内两相逆流的研究

从液态进料直接甲醇燃料电池水管理的角度, 对PEM中水的相变过程的发生和发展作了定性的分析, 阐明了PEM干涸的机理. 建立了PEM中两相区内的一维、稳态、含内热源多孔介质相变传热传质模型. 该模型考虑了毛细力、电渗力和相变的影响. 推导出了PEM中两相区的无量纲理论长度δ _t的计算公式和PEM临界干涸准则数[-ω/γ] _cr的表达式. 利用该模型对两相区内液相水饱和度、各相的压力以及温度分布进行了数值模拟. 模拟结果能够从机理上解释Ohm极化区电池性能变化规律, 并能为阴极催化层催化剂含量和PEM最佳厚度的选取提供理论依据.