一种微粒相互作用及其介电泳动力学仿真新方法

采用有限元法进行粒子电极化强度的计算,以此得到对应的介电泳力和次级介电泳力.粒子的极化强度依托软件COMSOL Multiphysics 5.3a的AC/DC模块计算得到,粒子追踪模块用于实现介电泳力、次级介电泳力、流体力,以及排斥力的粒子动力学仿真.AC/DC模块和粒子追踪模块的多物理场耦合新方法能够满足正、负介电泳效应的粒子运动分析和研究,且粒子轨迹与常用的粒子仿真算法的运算结果有较高的相似性.同时仿真结果还表明,为了更准确地预测实验观测结果,粒子承受金属电极形成的正、负介电泳效应需要考虑次级介电泳力.     

Effects of Nano-Particles on the Tribological and Thermal Properties of Piston Ring-Cylinder Liner

The effects of ultra-dispersed diamond (UDD) on the friction force, wear, and temperature of tribological pairs have been investigated. The experimental tests were carried out on a modified piston ringcylinder liner bench tester with different particle mass fractions of 0, 0.02%, and 0.10%. The results show that compared with a pure fluid, the mixture of the fluid and UDD not only reduces the friction and wear, but also reduces the bulk temperature of the specimen. The mechanism by which the UDD lubricant improves the tribological properties has some relationship with surface topography, because it can increase the bearing capability of surfaces.     

基于坐封受力模型的暂堵球封堵效果影响因素与参数优化

暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明：暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0mm,最佳泵送排量＞4.0 m3/min,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。     

人工血栓装置中粒子聚集机制的探讨

在人工形成血栓的chandler环中血栓总是出现在前弯月面。对于这一奇特现象,人们长期困惑不解。本文提出一个简单模型,对竖直毛细管中有限长液柱内单个粒子的受力和运动情况进行了理论分析和数值计算。结果表明,该模型能模拟粒子在前弯月面聚集的现象,从而揭示出粒子聚集的主要原因之一是粒子在管壁附近受到一横向升力,使其离开原来的流线向轴心迁移,漂移到轴线附近的粒子又被向前的回流带到前弯月面附近,进而趋向一逗留点。计算显示了趋向逗留点的过程,并研究了几何尺寸、血流速度和粘度等参数对聚集的影响。这样,长期困惑不解的问题有了一清楚的力学解释。     

电流变液的相变研究

本文分别运用热力学理论与统计物理方法研究了电流变液的相变问题。     

Resonances arising from hydrodynamic memory in Brownian motion

Observation of the Brownian motion of a small probe interacting with its environment provides one of the main strategies for characterizing soft matter. Essentially, two counteracting forces govern the motion of the Brownian particle. First, the particle is driven by rapid collisions with the surrounding solvent molecules, referred to as thermal noise. Second, the friction between the particle and the viscous solvent damps its motion. Conventionally, the thermal force is assumed to be random and characterized by a Gaussian white noise spectrum. The friction is assumed to be given by the Stokes drag, suggesting that motion is overdamped at long times in particle tracking experiments, when inertia becomes negligible. However, as the particle receives momentum from the fluctuating fluid molecules, it also displaces the fluid in its immediate vicinity. The entrained fluid acts back on the particle and gives rise to long-range correlations. This hydrodynamic 'memory' translates to thermal forces, which have a coloured, that is, non-white, noise spectrum. One hundred years after Perrin's pioneering experiments on Brownian motion, direct experimental observation of this colour is still elusive. Here we measure the spectrum of thermal noise by confining the Brownian fluctuations of a microsphere in a strong optical trap. We show that hydrodynamic correlations result in a resonant peak in the power spectral density of the sphere's positional fluctuations, in strong contrast to overdamped systems. Furthermore, we demonstrate different strategies to achieve peak amplification. By analogy with microcantilever-based sensors, our results reveal that the particle-fluid-trap system can be considered a nanomechanical resonator in which the intrinsic hydrodynamic backflow enhances resonance. Therefore, instead of being treated as a disturbance, details in thermal noise could be exploited for the development of new types of sensor and particle-based assay in lab-on-a-chip applications.     

陶瓷材料吸收微波的微观机制

分析带电粒子在微波电场中动力学方程的解,可知微波电场对带电粒子做的功一部分变成粒子为克服周围环境阻尼力做功,另一部分变成粒子向外辐射的电磁波能量.材料本身吸收的微波能量就是材料内部所有带电粒子克服阻尼做功之和.材料对微波的吸收能力与阻尼系数关系极大.在金属中,自由电子受到的阻尼力非常小,所以金属对微波几乎全反射.在陶瓷材料中,带电粒子受到的阻尼非常大,所以陶瓷也很难吸收微波,与金属的全反射相反,微波几乎全部穿透陶瓷材料.随着温度的升高,陶瓷材料中带电粒子受的阻尼力下降,其对微波的吸收能力也大大增强.     

CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃晶化和性能

CaO MgO Al2O3 SiO2系微晶玻璃主要用于生产高档装饰材料,而影响微晶玻璃性能最主要因素是主晶相的种类及晶粒粒度·通过XRD,SEM等分析方法,探讨氧化镁在微晶玻璃中的作用以及氧化镁加入量对微晶玻璃密度和显微硬度的影响·实验结果表明:随着氧化镁含量的增加,一方面析晶温度有所升高,不利于微晶玻璃的晶化,但有利于烧结的进行;另一方面试样的显微形貌由放射状或纤维状集合体向粒状块体转变,使密度和显微硬度增大,提高了它的性能·     

电流变抛光液中固相粒子间结合模型研究

电流变抛光液中的固相极化后形成复杂的微观结构并改变其流变性能。通过超景深三维显微系统观察了电流变抛光液在外加电场作用下形成的微观结构。根据粒子介电极化模型和抛光液中固相粒子间的作用力,建立了混有不同粒度磨料颗粒的电流变抛光液中固相粒子的结合模型,分析了颗粒粒度和粒子间作用力等因素对粒子结合模型的影响。     

Pressure Gradient Force, Saffman Lift, and Magnus Lift on the Fiber-like Particle in Fluid

Flher-like particle suspensions are common in both na-ture and industry, but there is little work reported on it.The forces acting on the fiber - like particle in fluid arestudied in this paper, and the Magnus lift, Saffman lift,pressure gradient force, and then the dynamics modelhave been received. The numerical study of the simpleshear flow past the cylinders shows that the particles 'motion is controlled by the vortex.     

考虑粒径分布的深水环空岩屑浓度研究及应用

深水低温对钻井液性能影响显著,其粘度和切力的改变使深水携岩与常规陆上钻井不同。由于温度降低带来钻井液性能的改变对不同粒径岩屑上返速度的影响程度不同,因此在深水携岩研究中,考虑岩屑粒径分布是必要的。本研究分析了温度变化对钻井液影响,建立了考虑岩屑粒径大小及粒径分布、机械钻速及钻井循环时间等影响因素的深水钻井分岩屑粒径的环空浓度计算新模型,从而获得了深水钻井中全井及井眼各段环空内岩屑浓度大小及其浓度随循环时间变化的分布与变化规律,并在现场深水钻井岩屑浓度的分析计算中,取得了良好的应用效果。     

螺旋沉降离心机固相颗粒的动力研究

本文推导了卧式螺旋沉降离心机中二维流动下的固相颗粒受力方程及运动方程,同时考虑了颗粒与螺旋叶片的相对滑动、哥氏力、惯性力及液体二次流对颗粒的影响,使受力公式具有一般化的特点.     

立式螺旋沉降离心机固粒的力学研究

全面考虑颗粒与输料螺旋叶片的相对滑动、哥氏力、惯性力及液体二次流对颗粒的影响,推导了立式螺旋卸料沉降离心机中二维流动下固相颗粒的受力方程及运动方程,以此描述实际工作状况.     

复杂两相流动对底部排气弹底部减阻性能影响的数值分析

借助于稀颗粒假定下的双流体简化模型,采用具有高精度、高分辨率数值方法,研究了轴对称底部排气弹弹底混合绕射的复杂两相流动,得到了平衡两相流中颗粒相浓度大小对底排弹减阻性能影响的规律,与实验比较,两相流劝状态比单相气体流动状态更接近于实际情况。     

电渣重熔过程渣池磁流体力学行为数值模拟

建立了耦合电渣重熔过程渣池内电磁场、温度场和流场的数学模型,在考虑渣池内电磁力和热浮力对熔渣流动影响的基础上,分析了电渣重熔工艺(电极形貌、插入深度和电流强度)对渣池磁流体力学行为的影响规律.结果表明:当电磁力为主时,渣池内存在逆时针涡流;当热浮力为主时,渣池内存在顺时针涡流.电渣重熔电流5kA,频率50Hz,电极端部为平面时,渣池内同时存在逆时针和顺时针涡流,最大流速为005m/s;当电极端部为锥形时,渣池内部只存在顺时针涡流,最大流速为020m/s..增加电极插入深度和增大电流强度都会增强渣池内逆时针涡流;相反,则增强渣池内顺时针涡流.     

方形通道内流体流动的耗散粒子动力学并行计算

利用耗散粒子动力学(DPD)对方形通道内流体流动进行了模拟.通道壁面由3层粒子组成.在壁面附近实施了无滑移边界条件,在流动方向实施了周期性边界条件.计算中对每一颗粒子施加重力,从而驱动整个流体流动.计算结果表明,流体充分发展的速度分布与基于N-S方程的数值模拟结果一致.并行计算结果表明,DPD很适合于并行计算.与每个节点所处理的总的粒子数目相比,只有少数粒子参与通信,因此能够获得较高的并行效率.当节点数目为18时,并行效率仍然在80%以上.     

水基钻井液高温高压密度预测新模型

高温深井中,钻井液密度是温度和压力的函数,高温会使井眼中的钻井液发生膨胀,密度降低,而在深井中的高压则会压缩钻井液,使密度增加。随着井深的增加,钻井液密度不再是一个常数。用地面恒定的测试结果计算井下当量循环密度,使计算结果和井下压力测试结果存在差异,对于窄安全密度窗口的高温深井,对井控存在一定的安全隐患。因此,建立准确的钻井液高温高压密度预测模型,确保钻井液静压和动压计算准确,能够为钻井工程技术人员合理调配钻井液性能参数和控制钻井参数提供准确的参考数据和依据,从而减少复杂事故的发生。这对井下压力的精确计算具有重要意义。首先对影响钻井液密度的敏感因素:温度、压力、岩屑溶度和井口回压进行了理论分析;然后通过水的高温高压密度数据,利用多元非线性回归分析,建立了水基钻井液高温高压密度预测模型。现场实测数据验证,吻合较好,相比经验模型,使用方便、实用。     

粗粒料颗粒破碎三维离散元模型及其在密度桶试验中的应用

采用局部应力集中的最大接触力破碎准则,将阿波罗填充模式和最大接触力方向相结合,考虑整体破碎与局部破碎两种破碎模式,建立模拟粗粒料颗粒破碎的离散元模型,对大粒径堆石料的大型相对密度试验机制进行了研究。结果表明:不同破碎模式下的细观力学响应存在较大差异,模拟大粒径堆石料的局部破碎模式可以有效提高数值模拟的精度;堆石块体强度越高,级配偏差对于极值干密度影响程度越大;密度桶高径比过小时,不利于堆石体的振动密实和颗粒重排列,此时试验级配最大干密度的测量值可能远低于理论值,以测量值作为堆石料现场压实检测判别标准,可能会出现相对密度大于1 的情况。     

莺琼盆地高温高密度水基钻井液流变性调控方法

南海莺琼盆地高温高压地层钻井安全密度窗口窄,对钻井液流变性要求苛刻,而高密度钻井液因固相含量高其流变性调控难度大,因此研究高密度钻井液流变性的影响因素和调控方法对确保该地区高温高压钻井安全至关重要。本文提出通过控制钻井液处理剂液相粘度来调节水基高温高密度钻井液流变性新方法,并通过毛细管黏度法评价了莺琼盆地两套高温高压水基钻井液体系的流变性能以及液相黏度,对高密度水基钻井液流变性影响因素进行了评价和分析。结果表明,钻井液的液相黏度和固相含量是影响高密度钻井液的关键因素,钻井液体系的液相黏度由处理剂液相黏度决定,而固相含量主要由加重材料的品质决定。进一步评价结果表明,磺化类降失水剂液相黏度最低,其次为改性天然高分子降失水剂,合成类的聚合物型降失水剂液相黏度最高;钻井液在相同组成和密度条件下,重晶石品质越高,即密度越高,粒径越小,所配制的高密度钻井液流变性越优。由研究结果可得出,选择低液相黏度处理剂、低剂量膨润土和优质重晶石是高密度水基钻井液流变性调控的主要技术手段。     

轴承钢表面镍基纳米金刚石的复合电镀

为提高滚动轴承表面硬度、耐磨性和使用寿命，按均匀试验设计，使用镍基复合电镀技术，探索了纳米金刚石微粒大小、质量浓度、电镀电流密度、镀液成分、温度及pH值等8个因素的各6个水平在不同组合下对轴承表面质量、硬度、结合力和金相组织等镀层性能的影响．试验表明：合适的纳米金刚石微粒大小、质量浓度、电镀电流密度、镀液成分、温度及pH值组合，可以有效提高轴承的表面硬度和耐磨性，表面金相组织均匀致密，从而达到提高轴承使用寿命的目的．