热-流-固耦合作用下页岩气储层渗透率的演化机制

为了研究热-流-固耦合作用下页岩渗透率的演化机制,考虑热解吸、有效应力和热膨胀对页岩渗透率的影响,提出了页岩的有效应力-渗透率模型,该模型能够分析吸附应变和热膨胀应变对页岩渗透率的影响机制。基于该模型和多孔介质弹性理论,建立了单轴应变条件下页岩气储层的热解吸渗透率模型,该模型能够探讨页岩渗透率随温度和孔隙压力的演化规律。利用室内实验观测的页岩岩样渗透率实验数据,验证了该模型的有效性和准确性。结果表明:(1)热解吸渗透率模型能较好地拟合恒压变温条件下的Marcellus页岩渗透率。(2)探讨了恒温条件下页岩渗透率随孔压的演化机制,发现恒温条件下渗透率的演化规律呈“U形”,温度越高,渗透率随孔压下降的反弹现象越不明显。(3)分析了恒压条件下页岩渗透率随温度的演化机制,发现恒压条件下渗透率随温度的演化规律呈“倒U形”,孔隙压力越大,温度对渗透率的影响越小。(4)分别在恒温和恒压条件下对热解吸渗透率模型进行敏感性分析,发现泊松比越大,渗透率比值梯度越大,孔隙体积模量越大,渗透率比值梯度越小。恒压条件下,当线胀系数大于临界值或朗缪尔体应变小于临界值,渗透率的演化规律不呈现“倒U形”。恒温条件下,当朗缪尔体应变小于临界值时,渗透率的演化规律不呈现“U形”。

静止方柱和圆柱绕流的二维数值分析

运用流体计算软件CFX模拟了静止方柱和圆柱在不同雷诺数条件下(层流区、亚临界区、超临界区)的绕流问题.采用层流和SST湍流模型,基于二维纳维斯-斯托克斯方程(N-S方程),计算得到了相应的绕流参数:斯托罗哈数St和阻力系数Cd.将绕流参数与现有文献的绕流结果进行比较,验证了该数值模拟方法的正确性.分析了雷诺数Re对绕流参数的影响,获得了方柱和圆柱的St、Cd随Re的变化规律.通过对比方柱和圆柱的绕流参数,发现较大雷诺数时方柱的斯托罗哈数远低于圆柱的斯托罗哈数,但同时其阻力系数却高于圆柱的阻力系数,而在圆柱绕流中明显存在的阻力危机现象在方柱绕流中并不明显.

湍流边界层近壁区马蹄涡拟序结构的数值模拟与分析(英文)

采用大涡模拟对低雷诺数槽道湍流进行了数值模拟,进口边界条件采用了给定扰动波方法,经过短过渡段得到完全发展湍流。计算中采用了动态亚格子模型和预处理技术,进口采用的动量厚度雷诺数是670。大涡模拟对计算得到的平均速度剖面以及脉动分量与DNS解进行对比,验证了计算结果的可靠性。计算结果显示了湍流场中马蹄涡的形成及演化过程,其中包括形成单腿马蹄涡和形成对称涡腿的马蹄涡,同时发现流场中存在由亚谐波引起的拟序结构的交错现象,并在此基础上分析了湍流边界层近壁区马蹄涡结构的演化。

一种全速域的计算方法及其应用

针对原可压缩流动求解器不能用于低速不可压缩流动预测的缺点,采用预处理技术对控制方程特征系统、隐式求解方法进行修正,并采用预处理修正的AUSM+-up格式离散对流项.采用修正后的求解器对无粘鼓包流动、顶盖驱动粘性方腔流动以及Laval(拉瓦尔)喷管流动等算例进行数值仿真,并将数值仿真结果与基准解进行对比.结果表明将预处理技术应用于全速域流动问题的求解是可行的,经预处理修正后的求解器能够用于低速、亚音速、跨音速以及超音速流动问题的求解.

两个轴向叶片式旋流器的旋流强度计算公式的探讨

介绍了两个常用轴向叶片式旋流器旋流强度计算公式的推导过程,分析了它们之间的关系及应用范围,为正确选用旋流强度计算公式提供参考.

双层Kidder自相似解及其Rayleigh-Taylor不稳定性研究

将单层Kidder自相似解推广到双层,使得两层壳体的交界面两侧存在密度跳跃,使得轻流体向重流体加速产生Rayleigh-Taylor不稳定性;通过采用Lagrange坐标下的Godunov方法进行一维直接数值模拟,将模拟解与双层Kidder自相似基本解进行比较,验证了双层Kidder自相似解的可靠性;最后,通过编制球形内爆的三维扰动的线性稳定性分析程序,对双层Kidder自相似解的Rayleigh-Taylor不稳定性进行了分析计算.计算结果表明:初始扰动越集中于交界面,会造成后期扰动增长得越快,越不稳定;扰动波数越大,扰动增长得越快,越不稳定;从扰动在空间上的发展来看,可压缩性研究表明内外壳体的可压缩性对扰动增长起着相反的作用,外层壳体的可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定起失稳作用,而内层壳体的可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定起致稳作用.

可压缩湍流研究进展

高马赫数可压缩湍流的运动是一个多尺度多过程的物理现象。采用了多过程分解的方法,将可压缩湍流分解为剪切和胀压过程,分析其统计行为和动力学行为。发展了一种新的紧致差分和WENO格式相结合的混合型数值格式,准确模拟了可压缩湍流场;研究了其多尺度多过程行为和对粒子的输运影响;研究了激波结构对湍流场的影响;在高雷诺数可压缩湍流中,证明存在惯性区,其中流运动和压力做功引起的动能流通量都是常数;证明可压缩湍流中存在从大尺度到小尺度的动能级串过程;证明动能流通量的剪切部分和胀压部分在惯性区都为常数;分析亚格子应力项和亚格子质量流动项对动能级串的影响。

气动外形表面雷达吸波涂层问题电磁散射场的数值模拟

研究了将无覆盖区域分裂与精确控制法相结合、用于气动外形表面雷达吸波涂层问题电磁散射场的数值求解方法 .无覆盖区域分裂是按空气和涂层两种不同介质物理分区要求进行的 ,子域交界处离散网格彼此之间可以是非匹配的 ,以便处理不同介质的不同网格尺度要求 .电磁波通过子域交界面的约束条件是通过引入Lagrange乘子而弱满足 .整个求解过程包含基于精确控制的外迭代和基于Lagrange乘子控制的区域分裂内迭代 .最后计算给出了二维翼型气动外形涂层问题的电磁散射场 ,并与对应的无涂层外形的计算结果进行了比较 。

被分析物在微流体器件中的分散特性

与电场驱动方式相比,采用压力驱动方式实现对微流体的控制,具有简单方便和适应性广等特点,但微流体的流动特性也更为复杂。在分析研究微流体一被分析物在流场中分散机理的基础上,针对具有窄缝形状的Y型微流体器件中两种同物性流体的流动特性,采用平均分析法,对微型矩形窄缝中的压力流的传质现象进行了初步研究,提出二维分析模型,并导出了其分析解。

基于FLOTRAN的管道中流动气体时间延迟的仿真分析

FLOTRAN是基于有限元技术的CFD软件。是求解二维、三维流动和传热问题的强有力的工具。通过激活FLOT-RAN有限元软件的湍流模型,采用瞬态分析的方法,对不同的进口压力及不同的管道尺寸条件下的管道内的流场进行数值模拟分析。比较不同参数条件下的出口压力随时间变化关系。得到不同的参数条件下的时间延迟,找出影响管道中气流的延迟的主要因素。最后根据计算结果对管道的设计提出了相关建议。

覆冰导线绕流特性分析

为研究覆冰导线在微风下的振动特性,对新月形覆冰导线在不同雷诺数下的绕流问题进行仿真,计算得到的阻力系数与已有实验结果一致.分析了雷诺数对绕流参数的影响,得到了各参数的变化规律.结果表明:与导线未覆冰时相比,覆冰导线出现卡门涡的雷诺数要滞后,卡门涡对应的雷诺数范围明显缩小,斯特劳哈尔数和阻力系数均减小;卡门涡振动的频率降低,但振幅增高.研究结果可以为输电线振动的防治提供理论参考和实验指导,同时将可视化的仿真结果应用到理论教学中,可以弥补实验条件不足及真实实验难以实施的困难,节省教学资源,加强教学与工程应用之间的有机结合.

考虑动力学扩散作用的煤系气储层渗透率模型

为了预测煤系气开采过程中储层渗透率的演化规律,考虑气体在基质中的动力学扩散作用,基于储层的应力-应变本构关系和渗透率-孔隙率的立方关系,提出了储层的有效应力-渗透率模型,分别建立了储层在常体积和单轴应变条件下的渗透率解析模型。利用现场和实验室测试的渗透率数据,探讨了两种模型的有效性。结果表明,与常体积条件下的渗透率模型和C-M模型相比,单轴应变条件下的渗透率模型能够较好地拟合现场和实验室的渗透率数据,建立渗透率模型须考虑气体在基质中的动力学扩散作用。研究了模型参数对渗透率的影响,结果表明模型参数对渗透率的演化规律以及反弹压力有显著的影响。

纳米颗粒在复杂生物介质中的反常扩散

由于生物微环境中存在各向异性等复杂物理因素影响,纳米颗粒在其中的扩散运动表现出反常的特征.反常扩散与生物微环境的功能实现有重要的关联,同时也是流体力学在微纳尺度方向的重要扩展.该综述系统介绍了近年来反常扩散研究的进展,从物理模型、数值模拟、测量方法及实验现象等方面揭示了纳米颗粒在复杂生物介质中的反常扩散机理及特征.该问题在微纳尺度流体力学、生物物理等领域是研究的热点,在理论上和实验时仍有重大挑战,有待进一步深入研究.

纳米孔隙内混合气体流动特性的分子动力学模拟

纳米孔隙内气体流动的理论预测对气体微流控器件的设计和制造具有重要的理论指导作用,文章采用分子动力学方法研究了氮气、氧气和二氧化碳混合气体在平行壁纳米孔隙内的剪切流动特性和边界滑移特性.研究结果表明:随着加入二氧化碳比例的不断增加,混合气体滑移速度不断增大,并且当二氧化碳的比例低于20%时,混合气体流动速度沿孔隙宽度方向呈线性分布;而当比例达到40%后,其速度轮廓将呈现非线性趋势.当二氧化碳所占比例为20%时,随着孔隙宽度的增加,混合气体的整体边界滑移随之减小.探究了混合气体密度和气-固耦合强度对混合气体流动及边界滑移的影响机理.发现随着混合气体密度的减小,气流边界滑移增大;随着气-固界面耦合强度的增强,边界气体分子易被吸附而出现黏滑运动,气体分子在边界处的积聚现象增强,剪切应变率增大,边界滑移减小.