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。     

滑移边界下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动

为进一步研究微尺度下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动的相关物理特性,通过代入适用于任意克努森数的新滑移边界条件修正雷诺方程,应用有限体积法迭代求解了阶形板间沿气体流动方向的气膜压力和克努森数分布曲线,沿高度方向的气体流动速度分布曲线,不同环境克努森数下的气膜承载力随速度参数的变化曲线。结果表明:随着气膜间克努森数进入滑流区时,边界速度滑移效应对流体流动特性作用明显,当气膜间克努森数进入过渡区时,一阶滑移与新滑移边界条件间的数值结果产生明显偏差。可知相对于滑移系数固定的一阶滑移边界条件,滑移系数随气膜间克努森数改变而变化的新滑移边界条件,可以更好地描述高度存在阶跃变化即气膜间克努森数跨区域分布的微尺度气体流动。     

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。     

身矩形槽道内的气体滑移流动和传热分析

分析了微矩形槽道内的不可气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和传热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余三面绝热,流动和换热均匀为充分发展,且处于滑移流动区。给出了截面上速度分布和温度分布的分析解,讨论了阻力持性和换热特性,并与实验结果作了比较。二者的吻合程序表明,在一定的Knudsen数范围内,传统的Navier-Stokes方程和能量方程在考虑了速度滑移和温度跳跃影响后可以描述微矩形槽道内的气体流动和传热过程。     

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。     

矩形微通道内滑移区气体流动换热的数值模拟

在等壁温边界条件下对矩形微细通道速度滑移区的对流换热进行了二维数值模拟、在一阶速度滑移和温度跳跃的边界条件下，计算出了通道内的速度和温度以及压力分布。比较了不同克努森数Kn对于滑移速度和跳跃温度的影响。结果表明，由于气体的稀薄性，压力呈现更加线性化减小的趋势，随着Kn的增加，通道入口与出口处的滑移速度和跳跃温度至现增加的趋势。在通道入口附近，气流速度和温度变化剧烈，而在出口处截面平均流速和温度随加的增加而降低．     

基于Boltzmann模型方程的平板Couette流计算

将基于Boltzmann模型方程的气体运动论统一算法推广应用于Couette槽道流计算,发展可用于槽道流问题的气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法,研究建立模拟不同Knudsen数二维低速槽道流动问题的气体运动论数值算法,通过将近连续流到高稀薄区Couette剪切流计算结果与基于微观分子统计模拟的类DSMC值、基于宏观流体力学滑移Navier-Stokes解和线化Boltzmann近似解比较分析,显示出该文发展的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法对不同尺度槽道流问题具有很强的模拟能力。     

不同热流下平行平板微槽内流体滑移流动与层流换热

对两侧不同定热流热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微槽在滑移流区内的层流换热进行了理论分析,研究了微槽内温度场的分布和换热特性,并讨论了Kn、热流比、动量协调系数、热协调系数等的影响.     

Pseudo-particle modeling for gas flow in microchannels

The velocity profiles and temperature distributions of gas flow in microchannels, for Knudsen numbers ranging from 0.01 to 0.20, are investigated with pseudo-particle modeling (PPM). It has been found that the velocity profiles are mainly affected by Knudsen number and the external force fields applied. When Knudsen number was increased, the slip velocities on the walls increased at the beginning, and then decreased. The temperature distributions were also significantly affected by the external force. The Darcy friction factor increased with increasing Knudsen number, and its variation with Mach number under increased Knudsen number was similar to the so-called premature laminar-turbulent transition observed in experiments.     

滑移流区微环缝通道单侧等壁温加热下的换热

对滑移流区微环缝槽道中单独内侧及单独外侧等壁温加热条件下的换热特性进行了理论研究,求解了带温度跳跃边界条件的能量方程,讨论了稀薄效应,内外戏比对等壁温加热条件下微环缝槽道内换热特性的影响,结果表明：滑移流区微环缝通道内的Nu数明显低于连续流区,且随着Kn数的增加,Nu数减小;Nu数随内外径比r^*的变化趋势与连续流区相似。     

高压气体在微圆管中的流动特性

在高压条件下,试验研究氮气在直径为14.9、10.1、5.03、2.05μm微圆管中的流动特性。结合毛管束模型,研究气体的高压微尺度流动特性对气体在低渗多孔介质中渗流特性的影响。结果表明:气体在14.9μm微圆管中的高压流动特性与经典流体力学规律相符;随着管径的减小,气体的流动出现了明显的微尺度效应,表现为实测流量偏离经典流体力学理论预测流量,且管径越小,这种微尺度流动效应越显著;研究稀薄气体效应时提出的Kn数不能用来表征高压条件下气体的微尺度效应;气体在微小孔喉中的高压微尺度流动效应导致气体在低渗多孔介质中的渗流具有非达西渗流特征,表现为实际渗透率大于由经典H-P方程和达西公式计算的绝对渗透率。     

边界条件对滑移区气体微槽流动和传热的影响

针对不同的边界条件,分析了微矩形槽道内不可压缩性气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和换热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余3个面绝热。分别在一阶、二阶滑移及速度滑移和温度跳跃相互耦合的边界条件下给出了截面上速度和温度分布的数值解,讨论了阻力和换热特性,并与Arkilic等的实验结果进行了比较。结果表明：在相同的条件下,耦合的阻力系数最小,二阶边界次之,一阶边界最大;速度滑移和温度跳跃对换热系数具有相反的影响趋势;耦合模型更接近实验结果,其次为二阶滑移模型,一阶滑移模型的偏差最大;在不考虑可压缩性因素时,滑移边界条件的阶数对阻力系数的影响较大,对换热系统的影响不是十分明显。     

广义Maxwell速度滑移边界模型

针对存在挤压速度情形的近连续滑移流区微轴承内气体流动,基于气固界面Knudsen层内动量和能量通量的守恒,利用Grad13矩近似的速度分布函数,详细推导广义Maxwell速度滑移边界模型,给出了其与典型Maxwell速度滑移边界的差别.研究表明在不考虑壁面温度梯度和挤压速度影响时,所得到的广义Maxwell速度滑移边界模型与典型Maxwell速度滑移模型是一致的;通过在微尺度气体轴承流动控制方程应用,获得一套适于气体轴承内流动气固表面速度滑移边界数学模型.     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

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.      

页岩储层纳米孔气体传输耦合模型新研究

页岩气在纳米孔隙的传输过程中受多种因素影响,包括孔隙尺寸和压力、孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附诱导膨胀反应以及权重因子等。因此需要综合考虑以上因素以及吸附气分子在孔隙中所占空间对气体流动影响的条件下,厘清页岩气的不同运移机制（表面扩散、滑脱流、Knudsen扩散和黏性流动）在不同孔隙尺寸和压力下对纳米孔中总气体流量的贡献率。首先,对页岩气的不同运移方式进行了物理描述及数学表征,然后,在考虑孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附诱导膨胀反应和权重因子等因素的条件下,建立页岩气在储层纳米孔中的气体传输耦合数学模型,模型可靠性通过格子Boltzmann方法计算结果验证。研究结果表明,当孔径小于10 nm时,纳米孔的总流量主要由表面扩散流量组成,孔径越小,表面扩散流量越大;当孔径为40~250 nm和低压条件下,滑脱流和Knudsen扩散对气体传输影响较大;当孔径大于10 μm时,纳米孔的总流量主要为黏性流量。     

大变压器线圈典型油道分流合流阻力特性

本文以25~＃变压器油为工作介质,对狭缝状直角三通进行了阻力特性的实验研究,按分流合流的四种模态,在流量比依次为1,2,3,4和5,通道截面比依次为1,1.2,1.4,1.6,1.8和2的条件下,按各种组合进行了实验,并就此进行分析讨论,导出了各种模态下的经验公式.     

松散颗粒介质水的渗透率与孔隙率实验研究

以松散颗粒介质渗透率实验出发点，考证多孔介质内流动滑移的同时，将此实验作为考察微孔道流动的方法提出，避开单一微槽道流动测量的困难．实验结果表明，大于0．1mm的孔道内，观测不到水的偏常规层流流动．     

点胶微通道结构参数对胶体挤出过程影响规律研究

针对现有研究微量点胶过程中忽略了微通道的入口形状、长度及出口内径结构参数对点胶质量影响的状况,建立了含上述微通道结构参数的微点胶过程模型,通过数值仿真研究了微通道入口收缩角、长度、出口内径对胶体微挤出过程的影响规律．结果表明,这些微通道结构参数的变化会显著地影响胶体通过微通道时的压力、流速,进而影响到周期点胶量．     

Kinetic study of the Rayleigh-Bénard flows

The present paper employs the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method to study the Rayleigh-Bénard flows, where the temperature ratio of the upper to lower plate is fixed to 0.1. For a Knudsen number (Kn) of 0.01, as the Rayleigh number (Ra) increases, the flow changes from the thermal conductive state to the convective state at about Ra=1700, and the calculated relation of heat flux through the lower plate versus Ra is in good agreement with classical experimental and theoretical results. For Kn=0.05, ...