气体扩散层亲疏水特性对流体分布的预测

采用伪势两相格子玻尔兹曼方法（LBM）研究了非增湿条件下碳纸和碳布气体扩散层（GDL）的流体流动状态。通过随机方法和X射线扫描法构建了气体扩散层样本。为确保模型中表面张力和接触角计算的准确性，采用玻璃微珠模型进行验证，随后通过调整气体扩散层的亲疏水特性，分析流体在气体扩散层中流动的实时状态，得到了亲疏水特性对孔隙结构内水饱和度的影响规律。结果表明：疏水性气体扩散层中的水分布与亲水性气体扩散层中的水分布明显不同，较大的疏水性更有利于气体扩散层内水的排出；疏水性更强的气体扩散层显著提高了液态水进入气体扩散层的入口压力，导致催化剂层（CL）更容易受到水渗透的影响。     

三维分形聚集生长的计算机模拟

采用AGG模型(AggregationGenerationbyGenerationModel)在3种不同的近邻条件下和5种不同尺寸的网格中分别模拟了三维分形聚集体的生长过程,并计算了相应的逾渗阈值和分形维数。计算结果表明,分形聚集的逾渗阈值仅取决于空间维数和近邻条件,与模型的网格大小无关,是分形系统固有的临界属性。生长概率等于逾渗阈值时,聚集体可以无限生长并保持分形维数恒定;此时,分形维数只是空间维数的函数。     

岩体脆性破裂失稳临界应力特征重正化群研究

岩体通常是由节理和岩桥组成,大量岩体工程破坏和失稳多是由于系统中较硬介质突然脆性破坏所致.把岩体脆性破坏过程看作一个逾渗相交过程,假定岩体细观微元体强度服从Weibull分布,基于系统在逾渗阈值处有尺度不变的性质,利用重正化群方法在求得一维和二维条件下系统逾渗阈值的基础上,首次研究了三维重正化群条件下岩体脆性破坏在逾渗阈值附近的临界特性,为相关问题三维重正化群研究提供了解析解参考,并揭示了如下规律:(1)维数一定时,逾渗阈值p*随着形状参数m的增大呈减小趋势;当形状参数m一定且m较小时,逾渗阈值p*随着维数增加而降低;当形状参数m一定且m较大时,逾渗阈值p*随着维数增加呈逐渐增大趋势.(2)形状参数m一定时,关联临界指数v随着维数增加呈降低趋势;维数为1时,关联临界指数v随着形状参数m的增大呈衰减趋势,而对于二维、三维的情况,其随着形状参数m的增大基本呈增大趋势.(3)对于一维、二维情况而言,体积膨胀点与峰值强度点所对应的应力之比σed/σf随着形状参数m的增大呈减小趋势,三维则正好相反,σcd/σf随着形状参数m的增大呈增大趋势.特别需要指出的是,在维数、形状参数m一定时,σcd/σf为定值,说明对于特定的岩石破裂过程,其膨胀点处应力与峰值应力之间存在某种联系,可能遵循一定的规律,这对于宏观岩石破裂现象(诸如边坡失稳、岩爆、地震等)的预测具有一定的启示意义.     

纯铜表面Al-Ni基自熔合金粉末共渗研究

用Al-Ni25自熔合金粉末共渗工艺，对纯铜进行了表面硬化处理。研究了渗层显微组织和Al,Ni,Cu的成分分布及硬化层的显微硬记度特性，并对渗层中各元素作用进行了分析。结果表明，渗层由沉积层和扩散层（过共析＋共折＋亚共折＋α固溶体）构成；同单元渗铝层相比，Ni的渗入降低了表层铝含量，改变了表层组织形貌，从而使表层脆性得到明显改善。     

二维无碰撞离子引出过程的数值模拟

利用流体理论电子平衡模型，对二维不考虑带电粒子碰撞的激光分离同位素（ＡＶＬＩＳ）离子引出过程进行了数值模拟，包括对不同收集方式进行了模拟和对比，研究了离子引出过程中的物理机理及物理量的空间分布特点，表明等离子体电位略高于阳极电位，并在离子引出过程中基本保持不变；电子温度越高等离子体电位越高，离子引出时间越短；对称收集方式的离子引出时间短且离子逃逸量也少。     

逾渗集团中的粘滞指进

构造了具有不同占据概率的逾渗的集团，在逾渗集团中，认为喉道半径服从贝塔分布，采用超松驰技术，模拟了逾渗     

页岩气藏水力压裂渗吸机理数值模拟研究

针对页岩储层在水力压裂作业和生产中渗吸机理及作用规律不清的问题,开展了渗吸机理及其引起的地层伤害评估的研究。建立了考虑不同影响因素的页岩水力压裂渗吸数学模型,包括基质和裂缝流动,气体扩散和解吸,应力敏感效应和毛细管压力,然后,讨论了在压裂气藏和后续生产期间如何通过量化裂缝面表皮演变来评估由于渗吸机制导致的储层伤害现象。结果表明,（1）在试井以及生产阶段渗吸对储层特性有较大影响,极大的毛细管压力是导致渗吸现象和水力裂缝附近水封的主要原因;（2）对于实施了水力压裂增产措施的新井通过探测裂缝压力可以获得原始气体压力;（3）润湿相阻塞导致的储层伤害是影响致密气藏水力压裂井生产能力的主要来源之一。研究结果对于页岩气藏的渗流特性能够提供深刻的理解,尤其是为早期生产阶段降低由渗吸作用可能造成的储层伤害来优化生产提供理论依据。     

逾渗集团中的分形粘滞指进

构造了具有不同逾渗概率的逾渗集团。在逾渗集团中，认为侯道半径分别服从Rayleigh分布和Beta分布，采用超松驰技术，模拟了逾渗集团中的粘滞指进。计算了粘滞指进分维，结果表明，增加逾渗概率，降低粘滞比可增加指进的分维。在粘滞比趋于无穷的极限情形下，指进的分维和DAL的结果吻合。孔隙介质的几何拓扑很强地影响驱替过程和粘滞指进的结构。驱扫效率主要依赖网格的尺寸和粘滞比。     

二维格子逾渗结构多孔介质渗透率的研究

通过对2万个不同随机结构直接求解Stokes方程,研究格子逾渗结构多孔介质中低Reynolds数流动渗透率的随机分布特性和标度律关系的结果表明,分形多孔介质渗透率与宏观上统计均匀多孔介质渗透率之间存在着本质差异.对Darcy定律适用的宏观上统计均匀多孔介质,渗透率趋于常数,与系统尺度和具体结构无关;而对分形多孔介质,渗透率依赖于系统尺度和具体结构,其统计分布呈X2分布.在逾渗的临界点附近,多孔介质中的流动渗透率和电导率具有相同的标度律关系,不同精度的计算网格之间不存在本质的差异.     

深部咸水层CO2地质封存对地层压力环境的影响

针对深部咸水层CO_2地质封存过程中流体的运移和压力的传递现象,利用美国Frio地区的CO_2咸水层封存试验实测数据,建立二维多岩相结构模型,模拟分析CO_2地质封存中CO_2注入阶段岩石孔渗性能的变化特征、岩层压力增加的变化特征以及CO_2羽流的演化规律。结果表明,超临界CO_2在驱替咸水溶液的过程中形成类似漏斗状的扩散晕,蒸发作用产生的盐沉淀主要位于井附近的单气相区,随着盐沉淀的增加,井周围的渗透率降低、压力积聚;盖层渗透性提高避免了储层内部出现过大压力,但却增加了泄漏的可能性。     

旋转矩形通道内湍流雷诺应力分析

采用直接数值模拟方法对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了研究.非稳态N-S方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式Adams-Bashforth格式.通过分析近壁湍流雷诺应力输运方程各项的分布以及比较壁面附近湍流生成和耗散强度,讨论了科氏力对湍流脉动的影响.结果表明:系统旋转效应增强了压力面附近的湍流生成、黏性耗散、黏性扩散、湍流扩散及压力应变相关项和压力速度扩散项,而在吸力面附近,雷诺应力输运方程中各项因旋转而受到强烈抑制.     

M—I型纳米颗粒膜逾渗阈值的测量及验证

采用磁控溅射法，在玻璃基片上制备了一系列不同Ni79Fe21含量的（Ni79Fe21)x(Al2O3)1-xM-I型纳米颗粒膜。测量并分析了电阻率与体积分数的关系，得出该颗粒膜的体积分数逾渗阈值大约为0.51。分别用4种方法验证了M－I型纳米颗粒膜的逾渗阈值。     

基于核磁共振技术的黄土内部孔径分布对逾渗特性的影响

黄土的逾渗特性作为黄土渗流中比较特别的性质,它涉及到了黄土渗透性突变的特殊问题,其重要性是毋庸置疑的。研究黄土内部的孔径分布对逾渗特性的影响可以为工程中的某些渗流问题提供理论依据与实践价值,然而前人的研究往往忽视了这部分内容。基于此,本文展开了一组原状黄土和两组重塑黄土的试验研究:采用变水头试验分析黄土渗流过程中的逾渗现象,然后利用核磁共振技术对三组试样进行孔隙分布评价,最终分析孔径分布对于黄土逾渗特性的影响。试验结果表明:（1）原状黄土由于原生结构较好,孔隙大小的分布较重塑黄土更为集中,孔径集中在0.011~ 0.11 μm的中孔隙最多;重塑黄土由于丧失了结构性,部分土颗粒会产生黏聚,从而导致土体内的微孔与大孔的比原状黄土多。（2）由于原状黄土孔隙更为集中,内部孔隙更不容易透水,所以更容易达到临界状态从而使得渗透性发生逾渗,原状黄土的临界水头比相同干密度的重塑黄土更高。而重塑黄土则是干密度越大,孔隙率越低,孔隙越小,临界水头越高。试验利用方便快捷的核磁共振技术,首次分析了黄土内部孔径分布对黄土逾渗特性的影响,富有创新性,试验可靠性高,成果可为黄土重大工程的基础建设中的有关渗流问题提供建议。     

弹性半空间-理想流体层中Stoneley波的动力特性

为了解弹性半空一理想流体层中Stoneley波的动力特性，并为进一步开发利用海洋资源提供调查方法，根据弹性固体与理想流体动力学方程，推导了弹性半空间一理想流体层中Stoneley波的特征方程、基于该特征方程，分析了固液两介质的物理特性对流体动压力的影响，以及固体和流体介质的位移分布情况．结果表明，该体系中Stoneley波在固体中的位移分布类似于半空间Rayleigh波，而在流体中的位移分布有明显的规律性；弹性半空一理想流体层中Stoneley波具有频散性，且其波速小于弹性半空间中Rayleigh波的波速．     

扩散应力对圆筒结构中渗C的影响

运用数值方法模拟C浓度和扩散应力沿壁厚方向随扩散时间的演变规律,研究圆筒结构在平面应变情况下扩散应力对渗C的影响.结果表明:扩散应力增大了C的有效扩散系数,从而加速了质量传递的过程;当扩散时间一定时,C浓度和平均浓度随着圆筒外径与内径比值的增大而减小.圆筒中内表面渗C导致径向应力从内壁到外壁始终为压应力,周向和轴向应力在内壁附近为压应力,在外壁附近为拉应力.     

核反应堆不同温度流体热混合的机理及实验研究

探讨了在核反应堆热工流体力学中具有普遍意义的不同温度流体达到热混合均匀状态的过程和机理。１０ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）热气导管内的流体热混合主要是径向对流扩散过程。用流体温度空间分布的方差表示混合效果，通过雷诺比拟方法求得在点热源下游流动流体的径向扩散系数解析解，与在模拟热气导管内的点热源下游流动流体的扩散混合实验的结果相符合。在雷诺数Ｒｅ为（１．００～３．５０）×１０５范围内，径向湍动系数εｒ的相应范围是（１．００～４．００）×１０－３ｍ２／ｓ。反映混合效果的湍动系数与流速ｕ之比εｒ／ｕ随雷诺数Ｒｅ变化不大，解释了在高温堆堆芯底部结构中Ｒｅ对流体混合效果影响不大的现象。     

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.     

周期性混沌混合自相似行为表征

基于Galerkin方法，得到了方腔内高粘度流体上下盖振动拖动下瞬时速度场近似解析解。建立了混合过程动力学方程，采用了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，界面拉伸增长随时间达到渐近分布，长度之比不再发生变化，并随时间呈指数规律增长。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了这种自相似性。     

挤压铸造颗粒增强金属基复合材料过程中液态金属浸渗和传热行为的分析

挤压铸造颗粒增强金属基复合材料（ＭＭＣｓ）过程中，挤压压力、熔体的预热温度、预制件的体积分数、颗粒的半径等都将对压力浸渗效果乃至最终复合材料的力学性能产生深刻的影响．分析了挤压铸造ＭＭＣｓ过程中液态金属浸渗和传热行为，推导出挤压铸造ＭＭＣｓ过程中，液态金属浸渗规定深度所需要的时间，随着无量纲压力Φ的增大，浸渗所需的时间τ＊缩短；但当Φ值很大时，Φ的升高使τ＊的减少不明显．建立了挤压铸造ＭＭＣｓ过程中液态金属浸渗区和未浸渗区的温度平衡方程，并求出了差分解．     

煤焦颗粒分形结构逾渗行为研究

煤颗粒在燃烧过程中其内部孔隙结构呈现分形特征.在已经建立的煤颗粒分形结构二维模型上利用Monte-Carlo法对网格点赋值,获得与氮吸附/脱附实验相符的孔径分布.基于突入逾渗模型在最邻近条件下对不同煤焦分形体逾渗过程进行模拟,计算得到相关参数.