周期性混沌混合自相似行为的表征

基于Galerkin方法,得到了方腔内高黏度流体上下盖振动拖动下的瞬时速度场近似解析解.建立了混合过程的动力学方程,采用4阶Runge-Kutta方法进行示踪剂数值积分追踪,得到了示踪剂构型随时间的变化.流场表现出对初始位置的敏感特性,证实了方腔内周期性混沌的存在.经过一定的时间后,同一位置出发的不同取向的流体微元,其界面拉伸增长随时间达到渐近分布,并随时间呈指数规律增长,长度之比不再发生变化.不同初始位置的示踪剂界面拉伸表现出自相似行为,示踪剂界面的几何特征也表现出了这种自相似性.     

二氧化碳地质埋存中固井结构损伤因素

针对二氧化碳注入地层过程,综述固井结构随流压增加完整性遭受破坏形成渗漏途径的力学影响因素,采用计算机软件FLAC和FLAC3D数值模拟的方法,建立套管-水泥环-地层及其间界面胶结良好情况下的三维模型.给出随孔底套管内压升高,水泥环受剪切或拉伸破坏的分析方法,得到孔底内压与水泥环安全系数的关系;给出流体侵入界面持续开裂情况的分析方法,建立相应的轴对称模型,得到孔底内压与界面破坏单元数目及其安全系数的变化关系.     

受限方腔内绕流两圆管强制对流换热的数值研究

针对热电冷综合利用系统中的集热箱,抽象出一个受限方腔内两圆管的强制对流换热问题并进行了数值研究.分别对不同雷诺数Re以及不同管间距s的情况进行数值模拟.结果表明,Re较小时流体流动与换热随时间变化,最后趋于一个稳定的对称状态;当Re增加至一定值后,流体流动与换热随时间变化,处于非对称状态.随着Re的增加,流动出现振荡,流体与圆管壁面换热不断增强,计算得到的解从定态解发展为周期性振荡解、多倍周期振荡解,最终发展为混沌.对于不同管间距s,当Re≤150时,管子间距的不同对受限腔内的换热影响不是很大;当200≤Re300时,管间距s对于流动与换热有较大的影响;但当Re≥300之后,管间距s对换热影响较小.     

油砂蒸汽辅助重力泄油中汽液界面运移数学模型及规律分析

油砂SAGD过程实施蒸汽捕集控制的目的是为了在生产井上方形成一定高度的汽液界面,预防蒸汽突破的发生,提高热量利用效率。然而,现场操作中汽液界面位置并不能直接监测,只能通过监测注采井间温度差(subcool)进行间接估测。为了准确预测蒸汽腔汽液界面运移位置,将蒸汽腔内液池垂向剖面形状简化为“扇形”,根据流体渗流理论建立了汽液界面高度随subcool、注采压差和产液速度变化的数学模型,通过数值模拟证实其可靠性,并分析其运移规律。该模型结合动态监测资料和生产动态数据实现了汽液界面运移位置快速预测,可为现场技术人员准确判断汽液界面运移位置提供重要手段。     

带搅拌装置的管式反应器停留时间分布曲线

设计了一种带有机械搅拌装置的新型管式反应器.用NaCl溶液做示踪剂测定该管式反应器内的停留时间分布(RTD)曲线,并计算了平均停留时间和方差.采用L9(33)正交实验考察了流体在不同搅拌转速、不同流量及不同出口处的平均停留时间和方差.结果表明:该反应器内流体流动状态接近活塞流,平均停留时间随流体流量的增大而减小,随反应器长度的增加而增大,而随转速变化规律性不明显.     

板式相变储换热器的储换热准则

为提高蓄冷系统的功效,建立了分析板式相变储换热器储、换热性能的理论模型,采用温度—相变界面迭代法分析了相变界面和流体温度随时间和位置的变化规律,讨论了当传热流体为气体时,在气体侧加肋片后的强化换热效果,得到了相变界面、蓄冷量和流体温度的量纲一的公式,它们不局限于某一种相变材料或工况,对板式相变储换热器的设计和性能优化具有普适的指导意义。     

影响密度锁内热-冷流体分界面因素的实验研究

对3种不同管径的实验管段进行实验，研究稳态工况下扰动和热-冷流体温度差对密度锁内热-冷流体分界面位置的影响，结果表明，随着扰动的增大，扰动产生的湍流作用逐渐增强，从而使稳定的分界面向下移动；而温度差的增大，使热流体向冷流体的传热能力增强，导致分界面的位置下降，另外，对不同管径的实验管段的研究表明，在密度锁内布置一个蜂窝结构可有效地抑制扰动作用，使其内部的分界面更稳定。     

亚网格内两相流动界面位置的精确定位算法

针对流体体积(VOF)法处理两相流动界面张力的虚拟流体方法无法准确确定亚网格内界面位置点的问题,提出了一种高精度的界面位置定位算法。该方法根据界面两侧单元界面曲度在亚网格内构建变曲度弧线,实现了两相界面的高精度近似,完成了网格单元中心连线和界面交点位置以及该位置的曲度的准确求取,成功地考虑了界面曲度对亚网格内界面位置的影响,同时方法本身不受网格类型及空间维度的限制。针对毛细管上升、静态液滴、二维气泡上升以及三维气泡上升等物理过程进行了模拟,结果表明:界面曲度对亚网格界面位置可产生显著影响;亚网格内界面位置的准确捕捉以及该位置点界面曲度的准确求取可以显著改善VOF方法的预测精度,模拟结果显示最好可提高3.5倍。该方法可为复杂结构内高表面张力驱动流提供新的预测手段。     

缓释型长效固体示踪剂研究

针对水平井出水后,出水位置难以确定,无法针对性开展有效堵控水措施的问题,利用不同种类氟苯甲酸示踪剂、环氧树脂506、顺丁烯二酸酐混合成型,研制出系列缓释型长效固体示踪剂。将不同种类固体示踪剂安装在水平井不同段的完井管柱上,开井生产后通过测试不同示踪剂产出情况来识别出水位置。介绍了固体示踪剂的制备机理,同时评价了其在不同温度、不同盐度、不同p H值、不同冲刷速度下的缓释性能,最后根据实验结果探讨了示踪剂的缓释机理。室内实验结果表明,固体示踪剂释放速率随温度升高而加快,随盐度增加而变慢;p H值和动态冲刷对示踪剂缓释速率影响不大。目前固体示踪剂至少可缓释半年以上,能够满足对水平井出水位置的长期监测。     

纳米流体强化换热特性的LBM模拟

采用LBM模拟了封闭方腔内不同体积分数、不同浮升力参数下纳米流体自然对流时速度场与温度场的分布,得出了纳米流体换热强度随各参数的变化情况.结果表明,当Ra较小时换热表现为导热占主导,随着Ra增大,换热表现为对流占主导,两者的换热都会随着纳米颗粒体积分数的增加而增强,且纳米颗粒体积分数在壁面附近对温度分布的影响比在中心区域的明显;在不同Ra下,纳米粒子体积分数增加所引起的X和Y方向速度峰值增大的幅度不同,Ra较大时,随纳米粒子体积分数的增加,X和Y方向的速度峰值大幅增加.     

方腔内不同位置块状食品层流冷却数值研究

为了考察冷却器内不同位置食品的冷却行为,利用Ansys有限元软件的CFD模块对单侧冷却的方腔进行非稳态共轭传热分析,给出了冷壁面和食品表面的对流换热系数(h);结果表明,食品的放置位置不同,由于腔体内空气流动和对流换热的差异,会导致冷却过程中冷壁面h变化趋势有所不同,食品表面的h在冷却刚开始时变化强烈,且沿着表面呈"M"型变化,在食品拐角处会出现h的突变,除置于方腔上方的食品冷却速率较慢外,其余几种的冷却速率相差不大。     

溶质运移试验中有色示踪剂高锰酸钾和亮蓝适用性的对比

通过试验确定了标准砂中常用有色示踪剂高锰酸钾吸附类型.通过数字成像方法监测了静水条件下标准砂中高锰酸钾和亮蓝的吸附过程,并对数字图像进行了高斯模板处理.利用该处理结果对吸附过程进行了对比,同时还对比了相同浓度高锰酸钾溶液在静止和流动条件下被砂粒吸附的状况.根据对比结果确定了2种常用有色示踪剂对溶质运移试验的适用性.结果表明:高锰酸钾的吸附虽为线性吸附,但和新型示踪剂亮蓝相比,达到吸附稳定所需的时间过长,在低速水流条件下更为明显;对于需考虑吸附影响的运移试验,高锰酸钾并不适用,而亮蓝的使用则能加速试验进程.     

搅拌摩擦焊接过程温度场动态仿真

推导了一种简易直观的搅拌摩擦焊接热源模型,并将模型应用于焊接过程温度场动态仿真,得到了焊接过程中不同时刻和位置处的热循环曲线,确立了温度场在时间和空间上的分布规律,并研究了不同焊接工艺参数时的温度场.结果表明:焊接最高温度为496.5℃,低于铝合金的熔点;沿焊缝不同位置处的温度值依次从初始温度迅速升高到最高温度500℃左右,然后又缓慢回复到初始温度附近;离焊缝越近,温度升高得越剧烈,最高温度越高;焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接过程温度场影响显著.     

单液滴在射流场中的形变及破碎实验研究

在射流场中对自由上升单液滴的形变和破碎过程进行了研究。采用高速摄像技术拍摄记录液滴的初始形状、上升速度、进入射流场后的形变破碎等现象，运用粒子图像测速(PIV)技术研究了射流场的流场情况。通过改变液滴初始粒径大小、入射位置、射流速度等参数考察了在不同射流速度下液滴在流场中的形变破碎过程。结果表明，液滴在进入射流场后会发生3个尺度的形变过程，随后会发生从生成子液滴数为两个至多个不等的二元破碎至多元破碎现象；液滴一次破碎位置随流场剪切力而变化，主体破碎区域为射流场的中间部分；液滴在射流场中生成的子液滴数量会随入射流量、入射位置和母液滴粒径的改变发生变化。     

两相流方柱绕流的离散涡模拟

运用离散涡方法对流体的方柱绕流进行了数值模拟,对涡团与颗粒相互作用条件下的流固两相绕流进行了计算,并探讨了不同初始位置处颗粒运动对尾流的形成所起的作用.研究表明,尾流中聚积的颗粒主要来源于方柱两侧,来流中夹杂的颗粒多与方柱两侧涡团作用并在方柱两侧聚积.模拟方法将对航天领域中非线性剥蚀问题的解决具有促进作用.     

平屋顶水平封闭方腔空气层厚度数值分析

为分析平屋顶水平封闭方腔作为保温系统时其内部空气层的相对最佳厚度,通过建立二维数值模型,选择"Presto!"压力插值格式及SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)解耦算法,计算了在不同边界温差和边界材料导热系数下平屋顶水平封闭方腔内辐射传热量和对流换热量及其随空气层厚度的变化.在一定条件下,通过对计算结果进行回归分析,得到平屋顶水平封闭方腔在不同温差和不同边界材料导热系数下的相对最佳空气层厚度值.     

A theoretical framework of tracer methods for marine sediment dynamics

A new theoretical framework of tracer methods is proposed in the present contribution, on the basis of mass conservation. This modet is applicable for both artificial and natural tracers. It can be used to calculate the spatial distribution patterns of sediment transport rate, thus providing independent information and verification for the results derived from empirical formulae. For the procedures of the calculation, first, the tracer concentration and topographic maps of two times are obtained. Then, the spatial and temporal changes in the concentration and seabed etevation are calculated, and the boundary conditions required are determined by fietd observations (such as flow and bedform migration measurements). Finally, based upon eqs. (1) and (13), the transport rate is calculated and expressed as a function of the position over the study area. Further, appropriate modifications to the modet may allow the tracer to have different densities and grain size distributions from the bulk sediment.     

混相驱中的气体示踪剂监测技术

气体示踪剂可分为放射性示踪剂和化学示踪剂。化学示踪剂已取代放射性示踪剂在混相驱中的主导地位,其中,全氟环烷烃和六氟化硫是目前现场广泛试验和应用的化学气体示踪剂。对气体示踪剂的性质、选择条件、分析方法、用量计算公式、投放工艺和取样要求等进行了综合论述,介绍了混相驱的气体示踪剂监测技术。这项技术用于水气交替注入混相驱油田示踪剂监测,已经取得了较好效果     

孤立原子和双模腔内原子之间的纠缠突然死亡研究

通过计算并发度和线性熵研究了初始处于纠缠态的两个两能级原子与双模场相互作用系统的纠缠动力学特性,讨论了原子初始纠缠度和腔场初始纠缠度对并发度的影响。结果表明,两原子之间的纠缠出现纠缠突然死亡(ESD)现象,纠缠死亡持续的时间长度和原子初始的纠缠度无关,然而依赖于腔场初始纠缠度;在整个时间演化过程中,两原子和腔场之间一直保持着纠缠状态。     

耗散腔中双原子与光场非共振相互作用系统的光场压缩

采用数值计算的方法,研究了处于耗散腔中的纠缠双原子与相干光场相互作用系统中光场的压缩特性。讨论了原子与光场间的失谐量、初始光场强度和腔场的衰减对光场压缩的影响。结果表明,初始处于纠缠的两原子与相干光场非共振相互作用时,光场出现压缩现象,其压缩程度随着时间出现周期性振荡,而适当调节初始光场的强度,可增强光场的压缩程度,延长光场的压缩时间,但随光腔衰减的增强,光场的压缩程度逐渐减弱,压缩时间缩短。