非牛顿型流体的动量与热量传递 Ⅲ.非牛顿型流体强制湍流换热的流体动力学理论

本文从流体的动量传递与热量传递间类似观点出发,导出了适用于非牛顿型流体的普兰特——泰勒方程式。对服从指数律的非牛顿型流体,在强制湍流换热时的类似律为: 并且及出管内流动的滞流层过缘速度与其平均速度之比,在湍流时为: 上述各式均经用25%PVA溶液的传热教据验证。实际上,本文仅仅是将流体动力理论以及流体边界层概念推广应用于非牛顿型流体的换热理论研究中的第一步,致于卡门的换热理论如何用于非牛顿型流体的换热以及如何建立起非牛顿型流体的边界层微分方程,得而解出各层厚度等等,今后尚可继续发拓。     

柴油低温流动性能的研究

考察了3种柴油加入低温流动改进剂前后的低温粘温特性和流变特性,利用差示扫描量热(DSC)法研究了柴油在低温下的结晶行为,运用Kissinger和Ozawa方法计算了柴油结晶过程中的表观活化能。从柴油低温下粘温曲线及流变曲线结果可知,随着温度降低,柴油由牛顿型流体向非牛顿型流体转化,由牛顿型流体向非牛顿型流体转化的温度反常点与柴油的冷滤点有一定的对应关系。通过回归流变方程发现,柴油在低温下为假塑性非牛顿型流体,并有可能向宾汉型流体转变,加入低温流动性改进剂T1804后,柴油的低温表观粘度显著降低。DSC研究表明：降温速率会影响柴油的结晶行为,加剂后柴油结晶表观活化能降低。     

扰动本构方法研究非牛顿纳米流体传热流动（英文）

将非牛顿流体力学理论及其方法推广应用于建立纳米流体-新概念非牛顿流体扰动本构方程,并研究其传热流动。韩式方发展了有特色的非牛顿流体扰动本构理论,并成功地应用于研究非牛顿流动稳定性,可以应用于非牛顿流动研究。将非牛顿流体扰动本构理论推广至建立新的纳米流体微扰动模型,对单相流体模型进行微扰动修正。纳米流体强化热交换机制:悬浮粒子增加二相混合体的热传导率;极细粒子随机运动,热耗散加速流体中能量转换过程。在新的纳米流体扰动本构方程基础上。研究了纳米流体传热流动,其结果表明,Nusselt数随纳米粒子的体积分数的增加而增加,其趋势与实验结果一致,表明本理论方法是合理的,可以推广于应用一系列纳米流体流动问题。     

压裂液滤失的二维数值模拟

结合油藏工程和数值模拟技术,根据压裂施工过程中滤失的压裂液在地层中二维流动和压裂液为非牛顿型流体的实际,建立了非牛顿型压裂液的二维动态滤失模型,用数值方法求解,并将计算结果与一维模型结果进行对比分析。计算表明:仅考虑压裂液垂直于裂缝壁面一维流动所计算的滤失速度会偏小,并且这种差值会因地层渗透性的增加而加大。二维方法由于考虑了压裂液的非牛顿特性和二维流动,其结果也比一维模型更符合现场实际,可以减少压裂施工的风险,提高压裂设计的可靠性。     

齿轮传动非稳态热弹流润滑数值计算模型的研究

根据弹流润滑理论的基本原理，建立了齿轮传动非稳态热弹流润滑数值计算模型。该模型不仅考虑了齿轮传动中系统振动引起的动载荷、卷吸速度、曲率半径随时间和坐标的变化，以及流体的可压缩性等非稳态效应．还考虑了齿轮传动中的热效应和流体的非牛顿性。综合考虑这些因素可准确模拟齿轮传动的实际工况，更有效地指导实际生产。     

不可压缩非等温非牛顿流广义特征线基分裂算法

发展了用于不可压缩非等温非牛顿流模拟的广义特征线基分裂算法,推广了控制方程沿粒子特征线的离散格式,经典的特征线伽辽金法和时域的Crank-Nicolson离散格式可分别被归纳为离散格式的两个特例.为消除流体的不可压缩性导致的虚假数值振荡,采用压力稳定型分步算法.利用粘性系数关于等效应变速率的指数模型来模型化流体的非牛顿特性.平面Poisseuille流动和4∶1平面收缩流动的数值模拟结果突出地显示了该方法处理不可压缩非等温非牛顿流动问题的有效性及良好性能.     

大豆分离蛋白接枝甲基丙烯酸的溶液流变行为

以过硫酸铵为引发剂，2-巯基乙醇为蛋白质变性剂，在浓度为8mol／L的尿素溶液中进行了大豆分离蛋白接枝甲基丙烯酸的反应，并通过比较其^13C核磁共振谱图证明了甲基丙烯酸成功地接枝到大豆分离蛋白上，研究了大豆分离蛋白及其接枝产物溶液的流变学性质及其影响因素，实验结果表明，大豆分离蛋白在尿素体系中表现为牛顿型流体，而其接枝产物在该体系中表现为典型的非牛顿型流体，外加盐以及调节pH值将影响溶液的流变学性质。     

非牛顿型流体的动量与热量传递 Ⅰ.非牛顿型流体在园管中层流区内压强降的计算

不论在化学工业、石油工业、机械工业和土木工程的领域中,都要碰到不服从牛顿粘性定律的流体,即“非牛顿型”流体在管内流动的问题,文献上对此类流体在圆管中流动的阻力计算,屡有发表。本文仅限于对其中之一种,即施维多夫——宾汉塑性流体在圆管中层流内流区动的压强降加以探讨,结果得到下式     

特殊非牛顿原油水驱开发渗流规律数值模拟方法研究

在水驱油过程中非牛顿原油的视黏度受压力梯度影响,不同压力梯度区间内其变化规律不同。为了理清非牛顿型原油黏度变化及其对渗流特征和水驱规律的影响,以胜利油区孤岛油田水驱稠油为例,结合该油田流变性实验数据,针对流动规律不同于幂律流体及宾汉流体的特殊非牛顿原油,建立了三段式原油视黏度数学表征模型。运用非线性渗流理论和计算机计算技术,在考虑其黏度随压力梯度的特殊变化关系的基础上,建立了二维油水两相渗流数学模型,并采用有限差分方法进行了求解,且研制了相应的油藏数值模拟软件。构建并模拟了水驱不同性质原油的算例,对4种类型原油的模拟结果表明:生产1 000 d时,水驱牛顿原油采油井含水率为93.7%,其他3种非牛顿原油油井含水率分别为91.2%、88.1%和89.8%。水驱牛顿和非牛顿型原油的油井含水率、压力、黏度分布和水驱前缘均有明显的差异。本方法为更准确模拟和预测非牛顿型稠油油藏水驱开发提供了手段。     

特殊非牛顿原油水驱开发渗流规律数值模拟方法

在水驱油过程中非牛顿原油的视黏度受压力梯度影响,不同压力梯度区间内其变化规律不同。为了理清非牛顿型原油黏度变化及其对渗流特征和水驱规律的影响,以胜利油区孤岛油田水驱稠油为例,结合该油田流变性实验数据,针对流动规律不同于幂律流体及宾汉流体的特殊非牛顿原油,建立了三段式原油视黏度数学表征模型。运用非线性渗流理论和计算机计算技术,在考虑其黏度随压力梯度的特殊变化关系的基础上,建立了二维油水两相渗流数学模型,并采用有限差分方法进行了求解,且研制了相应的油藏数值模拟软件。构建并模拟了水驱不同性质原油的算例,对4种类型原油的模拟结果表明:生产1 000 d时,水驱牛顿原油采油井含水率为93.7%,其他3种非牛顿原油油井含水率分别为91.2%、88.1%和89.8%。水驱牛顿和非牛顿型原油的油井含水率、压力、黏度分布和水驱前缘均有明显的差异。本方法为更准确模拟和预测非牛顿型稠油油藏水驱开发提供了手段。     

基于图卷积循环网络的非定常周期性流体流动预测

基于纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程的计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）数值模拟是研究非定常周期性流体流动问题的常用方法之一,但其计算需占用大量时间。针对N-S方程求解CFD过程费时的问题,本文提出一种基于图卷积循环网络的非定常周期性流体流动预测框架,实现流体流动状态的快速预测。文中输入历史流体流动数据,通过图卷积循环网络学习非定常周期性流体流动的物理过程,预测流场变量分布。结果表明,基于图卷积循环网络的预测模型可以准确预测流体力学规律,其在流速、涡旋、压力等流场变量预测方面均具有较好表现。相比于传统N-S方程求解方法,采用图卷积循环网络预测速度提高了5倍以上,为流场变量的预测提供了一种新方法。     

泡沫压裂液的两相欧拉颗粒流数值模拟

从两相流的角度出发，将泡沫压裂液的气相处理成气泡相并建立两相欧拉颗粒流模型来研究泡沫压裂液的流变性．研究发现：气泡尺寸随剪切速率增加而减小是泡沫压裂液呈剪切稀化的重要原因，泡沫压裂液的黏度及非牛顿流体性质主要由气泡相黏度产生；气泡间的摩擦和碰撞是泡沫压裂液黏度急剧上升的主要因素，摩擦产生的黏度在高气相体积分数时占主要地位；两相之间基本没有相间滑移速度存在，两相的湍流脉动动能随气相体积分数的增加而增加，管壁附近的湍流脉动动能最大；有效黏度的模拟值与实验结果基本吻合，但模拟值稍微偏大，这可能是因为实际泡沫压裂液中的气泡在剪切场中发生了破碎和变形．但是，该两相流模型不能用于气相体积分数大于65％以上的泡沫压裂液．     

纺丝拉伸流动共转Oldroyd B流体模型的建立

在各向同性流体Oldroyd B模型的基础上得到改进的共转Oldroyd B流体模型,改进和发展了一类新的液晶高分子各向异性粘弹流体本构理论．     

磁性液体水平传感器的实验研究

制备满足磁性液体水平传感器应用要求的磁性液体,以及设计合理可行的实验模型是进行磁性液体水平传感器研究的实验基础.通过自行制备煤油基磁性液体,用于自行设计的磁性液体水平传感器实验模型,分析并探讨磁性液体水平传感器用煤油基磁性液体的制备工艺,及磁性液体水平传感器实验模型设计参数的可行性.实验证明磁性液体的制备工艺完全适用于磁性液体水平传感器的研究,实验模型的参数设计是可行的,实验结果验证了建模的理论依据.     

考虑压裂液流体特征的井筒多相流模型建立

针对页岩气井流体与常规气井流体的差异,基于页岩气井流体特征实验,对压裂液黏度、密度及表面张力与温度的变化关系进行研究。依据实验结果进行拟合得到返排液各物性的相关式,对常用压降模型及井筒温度预测模型进行修正并联立得到页岩气井筒温度压力耦合模型。利用F页岩气田气井真实数据进行实例计算,分析表明修正后的Gray模型精确度最高,验证了新温度压力耦合模型的科学性与合理性。     

电流变阻尼器对系统振动的影响

电流变液是一种新型的智能材料,在许多工程问题中都有广泛的应用。利用由粘性和双线性回滞阻尼组成的阻尼模型,对具有电流变阻尼器的振动系统响应特性进行了数值分析,给出了简支梁振动系统的数值例子,并将计算结果与实验结果相比较,证明了这种分析方法的有效性。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果 ,建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数 ,利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于 0 .3% ,平均相对误差为 0 .11%。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明 ,在深水钻井中 ,井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度 ;最大钻井液密度出现在海底泥线处 ;井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

空气泡沫流体垂直管注入特征实验研究

基于空气泡沫驱现场操作中注入参数设计的理论依据不足进行研究,首先设计了垂直管泡沫注入模拟实验装置,实验装置考虑了不同管径对泡沫流体剪切的影响,着重观测了泡沫流体沿程压力变化规律,结果表明泡沫流体垂直管注入流动中泡沫流体符合假塑性幂律模式,在剪切速率在0 s-1~1.3 s-1的时候,随着剪切速率的增加,剪切应力在不断增加;剪切速率超过1.3 s-1后,剪切应力增加趋势不再明显,依据此结论可以进行泡沫流体注入参数设计。     

基于钻井液的无线通信系统模型及其协议研究

分析发现目前国内外关于钻井液信道中数据通信协议及其体系结构的研究较为缺乏,这在一定程度上限制了钻井液通信系统的研究和发展,不能满足钻井工艺提高的要求.而且由于随钻测量系统信道独特的特征,不能直接套用现有的计算机网络通信中的协议及其体系结构.参照了现行的国际标准,根据钻井液信道的特点,设计了三层结构的数据下行通信模型和四...     

悬浮式磁流体惯性传感黏阻与量程可控机理

实现悬浮式磁流体惯性传感的量程控制关键在于分析基于经典黏性流体力学理论的动态黏度特性和流固系统运动特性.在质量块作简谐运动下,建立惯性传感结构中间隙的流动模型并对理论方程进行求解.在不同动力黏度下,对作简谐运动的传感运动块进行流阻力进行数值计算,结果表明:质量块所受黏阻力主要是两侧压力差,压力差随时间呈现简谐特性,幅值与磁流体动力黏度有较好的线性关系;在选定实验参数后研究结果为压差相位超前22°～40°,剪切应力超前在15°以内,且随着动力黏度增大而减少,当运动黏度达到75 pma·s时,相位超前量变化趋缓.