多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.     

黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元方法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。     

饱和多孔介质渗流的强-弱不连续统一非局部模型

非均匀饱和多孔介质流体传输模拟关键在于需要考虑由孔隙、裂隙以及不同渗透性介质组成的强–弱不连续面,但这与经典连续介质力学局部流体模型所定义的偏微分方程是不相容的,从而导致饱和多孔介质渗流模拟的困难。基于统一变分近场动力学的基本思想,提出了一种向量态函数用于描述饱和多孔介质流体的非局部传输作用,并在此基础上建立饱和多孔介质流体输运的非局部空间积分–时间微分型控制方程。该非局部流体输运模型统一描述了流体在强–弱不连续面的力学行为,避免了传统局部力学模型在不连续界面处的导数无定义性,且从理论上证明,当非局部流体模型中的非局部作用半径趋于零时,非局部模型可退化为局部模型。为了消除非局部模型内在的零能模式问题,基于罚函数方法提出一种全隐式的数值求解格式以保证数值计算的精确性。最后通过算例分析,模拟了三维非均匀不连续多孔介质中流体的传输过程,揭示流体穿越物质界面、孔隙和裂隙的力学行为。为研究饱和多孔介质中流体在不连续界面传输的力学行为提供了一种分析模型。     

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。     

相对渗透率与含水饱和度关系微观机理

经验表明大多数岩石的相对渗透率随饱和度变化曲线具有中间段为直线但两端弯曲的特征。然而,目前对于相对渗透率比值变化规律的微观机理及原因不清楚。岩石多孔介质可以认为由一束束弯曲毛细管束组成,因此岩石多孔介质渗流规律是毛细管孔隙微观渗流的宏观反映。基于毛细管孔隙的两相渗流规律,在毛细管两相流流型分析基础上,研究了毛细管不同流态的微观渗流机理,建立了相对渗透率比值和流体饱和度关系的微观机理模型,从理论上阐述了岩石相对渗透率比值随流体饱和度变化的微观机理。研究表明:相对渗透率变化的微观机理模型与多孔介质渗流的经验规律相一致;液滴流及环状流分别导致了相对渗透率曲线的上翘及下翘;弹状流流态下相对渗透率变化的微观模型与经验公式拟合曲线基本一致;弹状流是曲线出现直线规律的根本原因,也是经验公式的理论基础。     

微通道内流流场的数值模拟及Micro-PIV测量

采用数值模拟与实验研究方法对直管微通道内流流场进行了详细研究.实验测量借助Micro-PIV技术,采用3μm荧光示踪粒子、10倍显微物镜和14位灰阶CCD相机获取微尺度流场速度分布.利用Fluent数值计算软件,将微尺度通道壁面粗糙元抽象为多孔介质模型,采用realizable k-ε两方程模型,对边长为600μm和800μm的方形断面微尺度直通道分别在Re=100和Re=300条件下进行数值模拟,模拟结果与同工况下Micro-PIV实验测量结果进行对比,结果表明基于多孔介质模拟壁面粗糙元的realizable k-ε两方程模型能够良好地模拟微尺度管流流动,并且获得了多孔介质厚度采用微尺度通道的相对粗糙度折算,多孔介质的粘性阻力系数和惯性阻力系数由多孔介质区域内的流态及阻力计算的方法.     

两类典型非牛顿驱油剂的渗流特性

为考察不同流变性质的驱油剂在油藏中的渗流规律,基于孔喉作为实际油藏多孔介质最基本的流通单元和孔隙尺度随机分布的特点,提出了多孔介质的微观简化模型--二维随机变截面微管束.采用数值方法研究了粘弹型驱油剂和幂律型驱油剂在单个孔喉和多孔介质微观简化模型中的流动特性.结果表明,对于粘弹型驱油剂,只有当注入强度达到一定值时,粘弹效应才能明显地体现出来,渗流阻力随粘弹性的增强而增加,随孔隙尺度和非均匀程度的减小而增加.对于幂律型驱油剂,其渗流阻力随流体非牛顿性的增强而降低,随孔隙尺度和非均匀程度的变化规律与粘弹型驱油剂大体一致,但是在数值上远小于后者.对比分析驱油剂在岩心中的渗流规律发现,二维随机变截面微管束可作为多孔介质的简化模型,以此作为研究驱油剂渗流机理的基础模型可以避免岩心试验中多因素的综合作用,体现单一因素如流变性、孔隙介质结构和非均质性对驱油剂渗流特性的影响.     

两类典型非牛顿驱油剂的渗流特性

为考察不同流变性质的驱油剂在油藏中的渗流规律,基于孔喉作为实际油藏多孔介质最基本的流通单元和孔隙尺度随机分布的特点,提出了多孔介质的微观简化模型--二维随机变截面微管束.采用数值方法研究了粘弹型驱油剂和幂律型驱油剂在单个孔喉和多孔介质微观简化模型中的流动特性.结果表明,对于粘弹型驱油剂,只有当注入强度达到一定值时,粘弹效应才能明显地体现出来,渗流阻力随粘弹性的增强而增加,随孔隙尺度和非均匀程度的减小而增加.对于幂律型驱油剂,其渗流阻力随流体非牛顿性的增强而降低,随孔隙尺度和非均匀程度的变化规律与粘弹型驱油剂大体一致,但是在数值上远小于后者.对比分析驱油剂在岩心中的渗流规律发现,二维随机变截面微管束可作为多孔介质的简化模型,以此作为研究驱油剂渗流机理的基础模型可以避免岩心试验中多因素的综合作用,体现单一因素如流变性、孔隙介质结构和非均质性对驱油剂渗流特性的影响.     

考虑临界流动饱和度凝析气体系的吸附模型

在凝析气藏的开发过程中,流体处于地下多孔介质中,由于多孔介质孔隙壁面的影响,毛细凝聚现象必然存在,从而不可避免地会对反凝析过程产生影响,从而影响整个凝析气体系的相态特征。在考虑凝析油临界流动饱和度的基础上,改进了凝析气在多孔介质中的气液混合吸附模型,在以往的吸附模型中加入临界流动饱和度对吸附的影响这一条件,使得新的吸附模型更具有真实性,能更好的模拟多孔介质中凝析气体系的相态问题,并且对一个真实凝析气藏的相态作了计算。采用新建立的模型计算多孔介质中反凝析饱和度比不考虑多孔介质吸附时要大,气相摩尔分数减小,液相摩尔分数增加。     

相对渗透率比值和饱和度关系的微观机理

经验表明大多数岩石的相对渗透率比值随饱和度变化曲线具有中间段为直线但两端弯曲的特征。然而,目前对于相对渗透率比值变化规律的微观机理及原因不清楚。岩石多孔介质可以认为是由一束束弯曲毛细管束组成的,因此岩石多孔介质渗流规律是毛细管孔隙微观渗流的宏观反映。本文基于毛细管孔隙的两相渗流规律,在毛细管两相流流型分析基础上,研究了毛细管不同流态的微观渗流机理,建立了相对渗透率比值和流体饱和度关系的微观机理模型,从理论上阐述了岩石相对渗透率比值随流体饱和度变化的微观机理。研究表明：相对渗透率比值变化的微观机理模型与多孔介质渗流的经验规律相一致;液滴流及环状流分别导致了相对渗透率比值曲线的上翘及下翘;弹状流流态下相对渗透率比值变化的微观模型与经验公式（1）拟合曲线基本一致;弹状流是曲线出现直线规律的根本原因,也是经验公式（1）的理论基础。     

奇摄动非线性向量方程初值问题的第二边界层现象

本文研究两参数常微分方程初值问題的第二边界层现象,在适当的假定下,证明了解的存在唯一性,并作出了解的高阶一致有效渐近展开式。     

高阶修正Camassa-Holm方程的Cauchy问题

主要证明一类高阶修正的Camassa-Holm方程拥有哈密顿结构和建立在H2(R)适定性结果.首先证明高阶修正的Camassa-Holm方程拥有两个重要的守恒律.然后利用这两个重要的守恒律证明高阶修正的Camassa-Holm方程拥有哈密顿结构.并且使用Kato理论,证明高阶修正的Camassa-Holm方程在Hs(R)(s>3/2)中是局部适定的;利用两个重要的守恒律得到了一个重要的先验估计.结合局部适定性结果以及先验估计,对于初值u0∈H2(R),证明高阶修正的Camassa-Holm方程在H2(R)中是整体适定的.     

一阶拟线性方程以测度为初值的BV解

分别对不带吸附项和带吸附项的一阶拟线性 方程以测度为初值的两类Cauchy问题的BV解进行了综述. 首先, 综述了上述两类Cauchy问题解的存在性、 惟一性及渐进性. 其次, 给出了在此基础上所得到的一些结果, 即上述两类方程以σ有限Borel测度为初值条件的Cauchy问题BV解的存在性、 惟一性及其他一些性质.     

两种情形下两原子的纠缠演化特性

通过negativity方法,研究了两个空间分离的纠缠二能级原子依次通过高Q粒子数场时,两个原子的纠缠演化特性,发现：初始原子状态和光场状态对两原子的纠缠有明显的影响．通过选择初始状态可以得到较长时间的最大纠缠．然后与两个纠缠原子同时在高Q粒子真空场时两原子纠缠的演化做了有意义的比较,结果表明：当反映原子初始状态的参数θ〈π/2时,两种情形的纠缠演化趋势大致相同．当θ〈π/2时,纠缠演化大不一样．     

基于与Tent Map拓扑共轭系统的混沌流加密方案设计

利用与Tent Map拓扑共轭的两类混沌系统,以及产生独立均匀分布密钥流的方法,设计了一种通用的流加密方案。此方案类似数字信封,但传递过程中不传输具体加密使用的密钥流,只传输随机产生的Tent Map初值以及两个系统的参数值作为系统密钥,产生两列独立同分布的密钥流对原始图像进行两次密文反馈异或加密。该方案达到初始值掩盖的目的,增加了截获者破译的难度。图像加密的实验结果显示该方案安全且有效。     

钢管初始应力对大跨径钢管混凝土拱桥稳定承载力的影响

在钢管混凝土拱桥施工过程中,采用不同施工方法合拢成拱,然后再向管内灌注混凝土,钢管中就产生了较大的初始应力．利用初始应力钢管混凝土的本构关系,分析钢管混凝土拱桥稳定承载力影响程度．计算结果表明,钢管初始应力的存在降低了钢管混凝土拱桥稳定承载能力,且不同的荷载工况影响程度不同．分析大跨度钢管混凝土拱桥稳定承载力时,应考虑钢管初始应力问题．     

非Kerr光纤中亮孤子的稳定性与相互作用

非Kerr光纤中的亮孤子的演化可以用具有三次-五次竞争非线性项的非线性薛定谔方程来描述. 为数值求解该方程的初值问题，本文首先将无界区域截断为有界区域，根据亮孤子在远场的渐近行为构造了合理的边界条件，从而将初值问题转换为初边值问题. 对这个初边值问题，本文分别提出了Crank-Nicolson有限差分(Crank-Nicolson Finite Differene, CNFD)和时间分裂有限差分 (Time-Spliting Finite Difference, TSFD)格式. 这两种格式在空间和时间维度上都具有二阶精度，其中CNFD 格式是全隐式格式，可以守恒离散能量和质量，TSFD是线性隐式格式，可以守恒离散质量. 在以数值算例验证两种方法的计算效率后，本文用TSFD格式研究了非Kerr光纤中亮孤子的稳定性与相互作用.     

确定矿山巷道初始地应力方法的研究

本文提出了一种在矿山地区确定初始地应力的新方法。根据本文提出的方法,只要在三个相互交叉的圆形巷道中量出过洞周特定点的直径两端的径向相对位移值,即可计算这些量测巷道所在地段地层的初始地应力。文中给出了算例,并对算例作了验证。木文提出的方法也可为勾划矿山地区初始地应力的分布规律提供有价值的资料,并可用于确定其它地下工程围岩中的初始地应力。     

Stationary entanglement of two atoms in a common reservoir

We study the dynamics of two entangled atoms interacting with a common structured reservoir. By means of the exact solution of atomic dynamics, we show a novel quantum interference controlled by the relative phase of initial entangled state of the atoms. The quantum interference has a great influence on trapped excited-state population and stationary entanglement of the atoms. In particular, we construct an explicit condition under which atomic stationary entanglement can grow over their initial value.     

半线性弹性动力学方程组的余法分布空间

文章对半线性弹性动力学方程组的初值奇性传播问题建立了余法分布空间,然后讨论了该空间的一些基本性质,最后得到了该空间的拟微分算子与两个二阶微分算子可进行交换运算的结果。这对于在余法分布框架下研究半线性弹性动力学方程组的初值奇性传播问题是很重要的。