凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、pT相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型。该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果。     

气井及凝析气井连续携液模型的统一

气井及凝析气井积液是气田开发过程中的一个严重问题,目前关于气井连续携液模型种类繁多,且缺少富含凝析水的定向凝析气井临界携液流量模型。本文在目前广泛采用的Li Min携液模型基础上,推导出了富含凝析水的定向凝析气井临界携液流量模型,并将现有的气井和富含凝析水的凝析气井临界携液流量模型进行了统一。研究认为,在计算富含凝析水凝析气井的临界携液流量时,气井携水比携油困难,所以只需达到最小携水产气量即可,无需考虑油、气、水三相复杂相态变化。同时发现,由于定向气井存在着管斜角,使得定向井的临界携液流量要比直井大得多。气井及凝析气井连续携液模型的统一,极大的方便了现场工人及相关科研工作者的计算。     

理想溶液在固体表面上吸附的非理想性

以统计力学方法、晶格模型为基础，提出研究理想溶液在能量非均匀固体表面上吸附的新方法，得到吸附相活度系数表达式，模型推导过程中，直接考虑了固体表面能量分布不均匀性的影响。     

煤层气吸附解吸规律研究进展

调研了煤层气吸附理论与实验、水对煤层气吸附解吸过程的影响与煤层气液固吸附理论体系等3方面的研究进展,总结了气相吸附理论在煤层气吸附研究中取得的成果以及水对煤层气吸附的影响作用,分析了气相吸附理论在解释煤层气吸附状态时存在的问题,介绍了最新的液相吸附理论及在此基础上的煤层气复合解吸理论。不同相态的水对煤层气的吸附作用不同,煤样含水饱和度较低时,气相的平衡水可以显著降低煤层气的吸附量;当含水饱和度达到一定临界值时,含水量对煤层气吸附量变化的影响不大;而煤样中含水进一步增大时,注水煤样中液相水可以增加煤层气的吸附量。煤层气的赋存状态与气相吸附规律并不相符,而煤层气的液相吸附理论可以同时解决煤岩在水环境下生烃的条件及气相吸附没有临界解吸压力的问题;在液相吸附的条件下,煤层气的解吸过程是由气相及液相解吸共同控制的复合解吸过程。     

沥青质沉淀中的改进固相模型研究

含沥青质原油体系在温度、压力或成分等发生变化时,沥青质会不断地沉淀、聚集并依附于管壁,严重时会堵
塞油井和外输管道。要准确地描述沥青的沉淀和沉积问题,需要对原油体系气–液–固三相相平衡进行研究。通过调
研和分析含沥青质油气体系特征过程和三相相平衡计算方法,在假设沥青质的沉淀不影响体系气–液平衡的基础上,
提出先计算气–液平衡,利用气–液平衡计算出的结果进一步计算液–固平衡,将三相平衡计算分解成两次两相平衡计
算。将沉淀的沥青质视为固相,建立了一种用以模拟沥青质沉淀的气–液–固三相相平衡热力学模型,同时考虑了标准
态温度和压力对沥青质固相逸度计算的影响。某一含气原油中沥青质沉淀计算结果表明,该模型能够有效地模拟并
计算油气体系中沥青质沉淀量和包络线。     

Periodic continuum solvation model integrated with first-principles calculations for solid surfaces

The structural and reactivity properties of the solute in aqueous solution are vital in chemistry and condensed matter physics. In order to understand the detailed adsorption structures and reaction processes on the solid surfaces or liquid/solid interfaces, the solvation effect should be considered in the realistic first-principle calculation. In this work, a periodic continuum solvation model (PCSM) was implemented into a mixed Gaussian and plane-wave density functional theory (DFT) program, CP2K/Quickstep. The reliability of such approach is carefully examined for several typical systems. The results exhibit that the current application can give the accurate solvation energy and reaction pathway for the clusters compared with the available theoretical and experimental ones. We further extend the application to water adsorption on the periodic slab systems, such as metal and semiconductor surface systems. The results reveal that both the adsorption structures and reaction processes are significantly affected by the solvation effect.     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

凹凸棒粘土磷酸活化前后的分形特征

凹凸棒粘土是一种多孔的粘土材料,对气相和液相中的污染物均有很好的净化效果.采用N2吸附法研究了不同浓度磷酸活化对凹凸棒石粘土的比表面积、孔结构以及表面分性特征的影响.结果表明,凹凸棒粘土磷酸改性后比表面积和分形维数明显增大,具有明显的中孔分布.     

二维Lennard-Jones系统气/液相转变的Monte Carlo模拟研究

为深入研究微小尺度系统的热力学性质和相转变机制,以粒子间通过Lennard-Jones势能作用的2维系统为模型,通过正则系综Monte Carlo模拟细致地考察了气/液相转变区的平衡态参数。沿等温线的模拟结果显示了在气/液相转变区内系统状态连续变化的特征,与固/液相转变区的状态变化趋势相同。热力学性质和系统微观行为的模拟结果都表明,模拟系统的气/液相转变具有一级相变的特征,与已知的固/液一级相变相对应;从而揭示了固/液相转变和气/液相转变机制的一致性,建立了2维Lennard-Jones系统中完整并自洽的一级相变图景。     

线性等温吸附条件下有机污染物在地下饱水带中迁移的数学模型及参数分析

为研究在固-液界面的吸附降解等行为对饱水带中的有机污染物的迁移转化过程的影响,综合考虑有机污染物在饱水带中的扩散、吸附解吸、分配以及微生物降解作用,根据线性等温平衡吸附理论,建立了地下水流动方程与有机污染物在饱水带中迁移方程耦合的数学模型,探讨了模型中的分配系数及溶解项、吸附项的一阶反应速率等参数的改变对有机污染物运移规律的影响.结果表明,随着分配系数的增大,有机污染物因固相介质的吸附和截留而被限制其随地下水迁移;微生物降解作用对有机污染物的浓度有重要影响,随着反应速率的改变,污染物在固相和水相中的浓度迅速改变.本文的研究结果为定量描述溶质迁移过程提供理论依据,同时也为实验室中模型参数的测定提供可靠的依据.     

淮河中游泥沙对磷吸附/解吸规律

选取淮河中游泥沙,通过室内静态试验,研究泥沙对磷的吸附/解吸动力学和平衡过程。吸附/解吸动力学试验结果表明:泥沙对磷的吸附/解吸动力学过程均可分为快、慢2个阶段,快速反应阶段均发生在前1.5 h,但吸附速率远大于解吸速率,约为解吸速率的16倍。吸附/解吸平衡试验结果表明:泥沙对磷的固相平衡吸附量随液相磷质量浓度的增大而增大,在低浓度区其增速较快,当液相磷浓度进一步增大时其增速逐渐变缓;泥沙对磷的固相平衡解吸量随固相平衡吸附量的增加而增大;单位质量泥沙对磷的平衡解吸量约为平衡吸附量的16%~40%,被吸附的磷不能完全解吸,吸附过程与解吸过程并非可逆过程。泥沙对磷的截留能力与单位质量泥沙固相平衡吸附量呈线性正相关,淮河中游泥沙对磷的截留率达到0.847。     

Violation of the incompressibility of liquid by simple shear flow

In standard fluid dynamics, the density change associated with flow is often assumed to be negligible, implying that the fluid is incompressible. For example, this has been established for simple shear flows, where no pressure change is associated with flow: there is no volume deformation due to viscous stress and inertial effects can be neglected. Accordingly, any flow-induced instabilities (such as cavitation) are unexpected for simple shear flows. Here we demonstrate that the incompressibility condition can be violated even for simple shear flows, by taking into account the coupling between the flow and density fluctuations, which arises owing to the density dependence of the viscosity. We show that a liquid can become mechanically unstable above a critical shear rate that is given by the inverse of the derivative of viscosity with respect to pressure. Our model predicts that, for very viscous liquids, this shear-induced instability should occur at moderate shear rates that are experimentally accessible. Our results explain the unusual shear-induced instability observed in viscous lubricants, and may illuminate other poorly understood phenomena associated with mechanical instability of liquids at low Reynolds number; for example, shear-induced cavitation and bubble growth, and shear-banding of very viscous liquids such as metallic glasses and the Earth's mantle.     

SDS/[Cnmim]Br/H2O体系的双水相性质

研究了咪唑类离子液体[Cnmim]Br与传统阴离子表面活性剂SDS混合水溶液的性质,结果显示混合水溶液性质随咪唑阳离子上烷烃链长的变化而呈现出明显的不同。当离子液体取代烷基链的碳数大于或等于6时,混合体系可以自发地分为共存的两相,即双水相。共存的两相界面清晰、性能稳定且能有效萃取染料二甲酚橙,有望成为新型高效的分离体系,在生物活性物质的纯化、分离中发挥作用。混合体系中离子液体和传统表面活性剂相对含量的改变引起混合溶液中表面活性剂聚集体尺寸和形态的变化,最终导致双水相上、下两相表观现象的差异。此外,离子液体、SDS头基间库仑力作用、烷烃链的疏溶剂力以及离子液体与SDS的协同效应,是形成溶致液晶的重要驱动力,导致较低浓度下十字花纹理层状液晶(LC)的生成。     

Spreading of nanofluids on solids

Suspensions of nanometre-sized particles (nanofluids) are used in a variety of technological contexts. For example, their spreading and adhesion behaviour on solid surfaces can yield materials with desirable structural and optical properties. Similarly, the spreading behaviour of nanofluids containing surfactant micelles has implications for soil remediation, oily soil removal, lubrication and enhanced oil recovery. But the well-established concepts of spreading and adhesion of simple liquids do not apply to nanofluids. Theoretical investigations have suggested that a solid-like ordering of suspended spheres will occur in the confined three-phase contact region at the edge of the spreading fluid, becoming more disordered and fluid-like towards the bulk phase. Calculations have also suggested that the pressure arising from such colloidal ordering in the confined region will enhance the spreading behaviour of nanofluids. Here we use video microscopy to demonstrate both the two-dimensional crystal-like ordering of charged nanometre-sized polystyrene spheres in water, and the enhanced spreading dynamics of a micellar fluid, at the three-phase contact region. Our findings suggest a new mechanism for oily soil removal--detergency.     

CO_2膨胀液体增强气体溶解度规律研究

基于文献中报道的CO2+CO+Octene、CO2+H2+Nonanal等4个三元系相平衡实验数据,借助状态方程模拟计算了H2和CO气体在CO2膨胀辛烯和壬醛液体中的溶解度.根据定义的溶解度增强因子,关联得到了系统的溶解度增强因子表达式,表明溶解度增强程度和进料比、操作温度以及液相中CO2的摩尔分数相关.结果可以为深入研究CO2膨胀液体的热力学行为提供参考,也可为相关应用研究提供设计依据.     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

电流变体系中的相变

基于点偶极子模型, 用统计的方法计算电流变体系的自由能, 考虑体系中粒子的渗透压,研究其液- 固相变.理论研究结果表明:当外加电场强度大于一临界值 E_c 时, 渗透压变为负值,体系发生由液相向固相的转化.     

储层多孔介质中烃类液体非平衡吸附实验研究

油气体系在地层多孔介质中储集和渗流,与储层多孔介质形成一个相互作用的系统.由于储层岩石孔隙小、比表面大,部分流体将吸附于孔隙表面,形成吸附相,进而影响流体相态和渗流规律,尤其在低渗透多孔介质中,吸附现象更为严重.在分析研究多孔介质中液烃吸附特点的基础上,进行了真实岩心中三元烃类液体混合物的吸附实验研究.研究结果表明,对于低渗透储层,吸附的影响不能忽略.     

气体压迫多孔介质中聚合物凝胶行为

结合盐水冲刷多孔介质中凝胶理论,分析聚合物凝胶分别受气体和盐水压迫的作用机制,计算和对比饱和聚合物凝胶的多孔介质中气相和液相饱和度空间分布曲线,完善盐水冲刷多孔介质中凝胶理论模型的使用范围,探讨气体突破后的两种残余凝胶对气体渗流的影响。结果表明:盐水在凝胶中的微观渗流能力较气体强,而气体在凝胶封堵后的多孔介质中微观渗流能力较差,即在其他条件相同前提下,"侵入区"中处于微观渗流状态的气体较少,气体需长时间累积才能逐渐破坏三维网状结构的凝胶,因此凝胶未被突破前,相比于盐水,气体受凝胶高强度封堵有效期会更长;根据盐水冲刷多孔介质中凝胶理论建立的模型具有普遍适用性,凝胶受流体挤压破坏本体结构是多孔介质中聚合物凝胶抵抗外来流体不至破坏的一种共性,与流体类型和聚合物凝胶体系无关,该模型可用来预测各种凝胶体系在不同环境下的封堵性能。