分数黏弹性可压缩油气井管杆准静态响应分析

将水平油气井管杆简化为受弹性约束的黏弹性圆柱管模型,采用分数阶黏弹性理论描述管杆的本构关系,并结合弹性力学理论,建立了可压缩黏弹性管杆平衡方程,求解得到了可压缩管杆体的黏弹性应力位移解析解.数值算例的分析结果表明:分数阶导数数值越大,所对应的管杆内壁处的初始应力越大,圆柱管内壁处的径向和环向应力值越大,所对应的竖向应力的上升段越大,管杆的竖向应力稳定值越大;外围套管泊松比越大,径向位移值越小,所对应的径向应力值越小,泊松比的大小对环向应力的影响并不明显,会对径向应力产生显著影响;套管的弹性模量对径向位移的影响较小;模型常数比越大,所对应的径向和环向应力值越大;外围套管的厚度对柱管内壁处的环向应力的影响很小,厚度越大,内壁所受的径向应力越大,竖向应力值会减小.     

热扩散对Li电池空心球形颗粒电极的影响

空心球体模型被用来研究热扩散机制对空心球形纳米颗粒电极中应力变化的影响。在锂化过程中,电极材料的体积膨胀和应力变化将随着载荷和热扩散的变化而变化。随着温度的增加,径向应力的中间区域变化明显,而环向应力在空心球形电极的内部和外部的部分变化明显。当最大拉伸环向应力热量的减少量比临界断裂强度大得多时,可能会发生裂纹形核和断裂。因此电极充放电过程中的浓度和温度的变化对电极材料的扩散应力产生重要的影响。     

聚合物驱复合油藏试井模型与典型曲线

考虑了聚合物溶液在地层中存在扩散、对流和不可及孔隙体积等物化作用，建立了聚合物驱复合油藏试井模型，通过有限差分算法对数学模型进行了数值求解，研制了典型曲线图版．研究表明：典型曲线存在5个流动段，聚合物溶液初始浓度越大，过渡段和内区径向流段上翘幅度越大；外区原油黏度越大，两区共同作用段上翘幅度越大；内区半径越大，不可及孔隙体积系数越小，内区径向流持续时间越长，内外区过渡段出现越晚．     

突出煤层槽硐周围煤体的应力与应变

为研究水力掏槽技术在突出煤层中实现快速掘进,分析槽硐周围煤岩的应力与应变、煤体弹性模量与竖固性系数的关系。利用ANSYS有限元软件建立水力掏槽槽硐数值模型,分析槽硐横向、竖向剖面周围煤岩体应力、应变云图。结果表明:槽硐周围煤体在应力重组作用下,径向、轴向应力集中带均向深部移动;距离槽硐不同位置测点,煤体应力、应变均呈规律性变化;同一剖面上距离槽硐中心径向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越小;距离槽口轴向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越大,但是超过一定距离后,又逐渐减小。现场实验结果验证了理论分析和数值模拟结果的准确性。     

加卸载下原煤力学特性及渗透演化规律

基于自主研发的煤岩热流固耦合试验系统,在考虑实际开采方式的条件下,进行轴压升高和围压降低的加卸载试验,分析研究不同加卸载速率下原煤的力学特性和渗透演化规律.结果表明:加卸载过程中,轴向应力的加载速率越大,峰值应力附近的曲线平台越长,峰值应力、轴向应变和环向应变也越大,体应变则越小.不同加卸载速率比下含瓦斯煤变形模量均先迅速减小后缓慢减小,到破坏时再迅速降低,而后逐渐保持稳定趋势;在相同轴向应变时,加卸载速率比越小,煤样的变形模量越大.加卸载过程中,煤样的偏应力、渗透率与应变的关系可分为三个阶段:初始压密与弹性阶段、屈服破坏阶段和破坏后阶段.加卸载速率比越小,煤样达到峰值应力时,含瓦斯煤的渗透率和体积变形越大.     

特低渗透储层岩石渗透率应力敏感新机制

 地层岩石多孔介质的渗透率应力敏感性一直是石油工业与岩土工程建设等领域持续研究的一个热点课题.在低渗透岩石渗透率应力敏感性实验研究的基础上,提出了毛管束-孔隙网络渗流模型的多孔介质渗透率应力敏感新机制,该模型充分考虑了多孔介质孔隙之间相互连通的复杂性、渗流迂曲度以及不同类型和大小的孔隙对多孔介质渗透率贡献率的差异.有效应力作用下,低渗岩石中作为主要渗流通道的较大孔喉首先被压缩变小,流体渗流阻力和孔隙迂曲度均同时增大,这是导致有效应力加载初期岩石渗透率急剧减小的主要原因.同时渗透率越小的岩心,其中所发育的较大孔喉越少,该部分孔喉闭合后对岩心渗透率的影响越大,因此渗透率越小的岩石应力敏感性越强.与相关学者的研究成果对比表明,本文提出的新模型能够更好地解释低渗透岩石应力敏感性较强的内在原因.     

多孔介质中溶质弥散传输过程的体积微元建模法

用体积微元法推导出考虑吸附效应的对流弥散新模型,分析HLL模型和理想对流弥散模型的简化条件,通过与马尔科夫方法的推导结果对比,确定出体积微元法建模过程与简化条件的随机统计特征。两种方法中,对流流量中颗粒的俘获项对应漂移变量的空间导数,弥散流量中颗粒的俘获项对应扩散变量的空间导数。结果表明:渗滤系数越大,颗粒浓度越高,弥散率越大,发生吸附的颗粒概率密度越大;多孔介质孔隙度越小,弥散颗粒样本路径越小,发生吸附的颗粒概率密度越大。     

无缝钢管冷轧成型过程的数值模拟

本文采用非线性有限元法对无缝钢管的冷轧成型过程进行了数值模拟,得到了钢管在整个冷轧过程包括稳定轧制和钢管冷轧脱模后各个位置的位移场和应力应变场.根据数值计算结果绘制了钢管的轴向、环向及径向应力分布,并根据应力分布特点解释了钢管在冷轧过程中,不同的减径量如何影响成品管直径和壁厚精度的机理.数值计算结果表明:不同减径量情况下,稳定轧制阶段减径量的大小对钢管内外壁径向应力影响较小;对于环向应力,减径量越大,钢管外壁环向拉应力越大,而内壁环向压应力则越来越小;轴向应力同样与减径量的大小成反比例关系.残余应力沿圆周方向有明显不同,较小的轴向拉应力和较大的径向拉应力有利于轧制后轴向变形,较小的减径量有利于接近理论壁厚,但冷轧脱模后钢管直径大于理论直径.研究成果对于无缝钢管冷轧成型工艺设计以和轧辊孔型设计具有参考价值.     

Bingham流体在低渗透多孔介质中球向渗流的分形模型

基于分形理论及广义达西定律研究了非牛顿流体Bingham流体在各向同性多孔介质中球向渗流问题,推导了Bingham流体球向渗透率和启动压力梯度的解析表达式.研究结果表明球向渗透率随径向距离和迂曲度分形维数的增大而减小,随孔隙率的增大而增大;启动压力梯度随径向距离、屈服应力和迂曲度分形维数的增大而增大,同时也随毛细管最大直径的增大而减小.     

岩样应力应变全程中的渗透性表征与试验研究

通过岩样应力应变全过程体积应变和渗透率的试验研究，分析了应力水平、孔隙率等对多孔介质岩体渗透率的影响规律；理论研究分析了岩样全应力应变过程渗透率的变化规律，提出了岩石应力应变全过程中渗透率的表征关系式，其可作为研究多孔介质岩体流固耦合的一个重要耦合关系式，并对今后低渗透性油气田煤层气、天然气的开发有现实的指导意义。     

水泥基复合材料氯离子扩散系数与孔隙率之间的关系

为了研究水泥基复合材料中孔隙率对氯离子扩散系数的影响,成型了不同水灰比,含骨料体积分数、粒径与级配不同的砂浆试样;采用稳态电加速法测试氯离子扩散系数、压汞技术测试孔结构参数、微焦点计算机断层扫描技术(X-CT)可视化孔结构分布,系统地研究了水泥基复合材料氯离子扩散系数与其骨料体积分数、总孔隙率、毛细孔隙率、连通孔径之间的关系。结果表明：骨料与基体之间的界面过渡区(界面区)显著地改变了水泥石中孔结构分布,水灰比越小,多孔的界面区对材料孔隙率的影响越显著;水泥基复合材料的氯离子扩散系数与其总孔隙、毛细孔隙率之间有很好的相关性,与其连通孔径几乎成线性关系,连通孔径越大,氯离子的扩散系数越大。     

高性能锂离子电池SiO/C复合负极材料研究

以SiO为硅源,柠檬酸为碳源,通过高能球磨和高温热解制备了一种循环性能优异的锂离子电池SiO/C复合负极材料.采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的物相和形貌进行了表征.具有孔状结构的柠檬酸热解碳对纳米SiO不仅具有良好的包覆效果,也能有效缓冲电化学嵌脱锂过程中硅颗粒释放出来的体积变化.电化学性能测试表明,SiO/C复合负极材料电极循环100次后容量仍高达803.1mA.h/g,容量保持率为89%.     

Ultrafastly activated needle coke as electrode material for supercapacitors

The uniform porous structure makes activated porous carbons (APCs) superior electrode material. Traditionally, APCs are produced by a combination of time-consuming high-temperature heat treatment and activation, with a production time of up to several hours. The produced APCs have relatively low specific surface area (SSA) and porosity. Therefore, the electrochemical performance is poor, which limits its application in high-power energy storage devices. Here, APCs materials are directly synthesized by a high temperature shock (HTS) strategy using needle coke as a precursor. The structure of as-prepared APC is characterized by XRD, SEM and Raman, and electrochemical tests confirmed its good electrochemical performance. In the two-electrode system, the supercapacitor with HTS-APC as the electrode material provides a high energy density of 35 ?Wh kg^?1 and a high power density of 875 ?W ?kg^?1 in EMIMBF₄ ionic liquid. This work is instructive for the rapid synthesis of electrode materials, and also provides guidance for the large-scale application of porous carbon materials.     

LiCoO2电极中锂离子的扩散性能

为使锂离子电池在较高的充、放电倍率下满足动力型电源的需要,对LiCoO2中锂离子的扩散性能进行了理论推导及试验测定。以球状电极模型对LiCoO2电极进行了处理,在简化的假设条件下,推导出LiCoO2电极的扩散电流表达式,并可求得锂离子在LiCoO2电极中的固相扩散系数DLi 。研究结果表明:I对t-1/2在10～150s表现出很好的线性关系,与理论分析结果相符合;不同晶粒大小的LiCoO2样品扩散系数有很大差别,相差1个数量级以上;锂离子扩散动力学特征是由LiCoO2的晶粒尺寸决定的,与其粒径分布、比表面积及表面形貌等参数基本无关。     

吸声材料参数对阻性消声器传递损失影响的数值研究

采用改进的Johnson-Allard等效流体模型描述阻性消声器中吸声材料,通过LMS Virtual lab声学有限元分别研究材料的流阻率、孔隙率、形状因子、黏性及热特征长度对阻性消声器传递损失的影响。结果表明材料流阻率越大,两种特征长度越小,消声器传递损失越大;随材料形状因子增大,消声器传递损失曲线向低频段压缩,可根据目标噪声频域特性选择合适的形状因子;常规范围内,孔隙率对传递损失影响很小。这些结果为合理选择吸声材料、优化消声器消声性能提供了参考。     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

分形渗流基本公式及分形油藏样板曲线

对具有双重分维(管径分维和迂曲分维)多孔介质中流体的流动,导出了渗流速度、渗透率及孔隙度的公式,证明了这些公式在不同的坐标系中都是成立的,并在不同的坐标系中建立了微可压缩流体的渗流偏微分方程,即分形渗流的压力扩散方程.给出了线源条件下压力降落解和压力恢复解.对于考虑井储及表皮的实际井筒也求得了相应的解,并绘制出无限大地层的样板曲线,给出试井解释的方法、步骤.结果表明,对所研究的双重分形介质,用传统的压降半对数直线段试井分析、压力恢复的豪纳(Horner)法以及GringartenBourdet图版的曲线拟合法会带来较大误差,特别是迂曲分维较大的情形,以上方法是不适用的.     

多孔介质球向渗流的渗透率分形模型

基于分形理论与技术，该文研究了牛顿流体在多孔介质中球向渗流问题，提出了牛顿流体球向渗流渗透率模型，分析了多孔介质的微结构参数对球向渗透率的影响.研究结果表明，球向渗透率随孔隙面积分形维数和孔隙度的增加而增加，随迂曲度分形维数和径向距离r的增加而减小；本模型预期结果与Chang和Yortsos的模型相比较吻合较好，证实了球向渗透率分形模型的正确性.     

Annealing temperature-dependent electrochemical properties of Aeroxide P25 TiO_2 nanoparticles as anode material for lithium storage

TiO_2 has been widely studied as an important electrode material for electrochemical energy storage.Understanding its relationship between textural properties and electrochemical characteristics is essential to boosting its practical performances. Herein, Aeroxide P25 TiO_2 nanoparticles annealing at different temperatures(400–600 °C) were investigated as an anode material of lithium ion battery. Their evolution in crystal phase and microstructural characteristics were characterized by XRD and BET surface analysis, and their lithium storage properties in half-cells were evaluated by various electrochemical analyses, including cyclic voltammetry, cycling testing, and electrochemical impedance spectroscopy. It was found that the lithium storage properties were critically dependent on the size of TiO_2 anode materials. Pristine P25 initially exhibited the highest initial discharge specific capacity due to its smallest particle size; however, rapid capacity loss occurred during extended cycling. The annealing process was found to effectively enhance the cycling stability of TiO_2 although possessing a large particle size and smaller surface area. Typically, P400 showed the best performances in cycling stability, capacity retention ratio, and rate capability, which is mainly attributed to the synergistic effect of high crystallinity, reasonable particle size, and less internal resistance. This study provides an instance of optimizing the textural properties of metal oxides for advanced LIB anode material applications.