基于膨胀效应的超临界CO_(2)类沸腾临界点模型

传热恶化是超临界流体(supercutical fluid,SCF)传热研究重要问题之一,但由于SCF在跨过拟临界点时,流体存在非平衡过程,类气和类液之间的转变对传热的影响尚没有统一认识.本文假设SCF在宏观上存在类似于亚临界流动沸腾现象,通过类比亚临界沸腾传热,认为超临界CO_(2)传热恶化原因之一是由于流体膨胀导致热量不能被及时从壁面被带走,并提出一个类沸腾临界点模型.结果表明:类沸腾引起的传热恶化发生在大温度梯度下,较大的温度梯度使类过热液层覆盖在壁面,并使类气和类液呈现不同的分布形式,从而表现出不同的传热特性;当内壁温高于拟临界温度时,覆盖在壁面的过热类液焓值超过一定值会发生传热恶化,提出的理论模型能够较好地解释实验结果,此外考虑类沸腾的传热关联式,预测精度大大提高.本文从理论上建立超临界和亚临界传热之间的联系,为SCF传热恶化研究提供了新思路,丰富了超临界压力下的传热理论.

光纤探针测量及多尺度熵鉴别超临界类沸腾传热模式

亚临界沸腾包括界面蒸发和气泡动力学诱导的传热,但超临界传热是否存在类界面蒸发和类气泡传热以及两者间的转换缺少直接的实验证据.本文进行了超临界CO_(2)液池传热的实验研究,压力和液池温度分别为8—10 MPa和15℃.作为加热元件和感温元件,22 mm长和70μm直径的镍铬丝水平放置在液池中,光纤探针垂直放置,其顶端高于镍铬丝200μm.发现随热流密度或壁面过热度的持续增大,依次发生自然对流、类界面蒸发、类蒸发-沸腾转换、类沸腾4种传热模式.本文重点关注类界面蒸发和类沸腾传热以及两者间的转换.在类界面蒸发模式下,传热系数随壁面过热度增大略有下降,光纤输出小幅/高频信号,不存在主频,多尺度熵大,表征随机信号波动.在类蒸发-沸腾转换模式下,光纤输出大幅/低频周期信号,存在明显主频,多尺度熵小,代表有序的周期性脉动传热.在以类气泡为特征的类沸腾模式下,光纤信号波动幅度介于类蒸发和转换模式之间,主频不明显,多尺度熵也介于类蒸发和转换模式之间.研究获得了超临界类沸腾直接的实验证据,加深了对超临界传热机理的理解,为后续理论研究和工程应用提供了基础.

基于假四子表面活性剂的pH响应型清洁压裂液的研制与性能评价

黏弹性表面活性剂压裂液又被称为清洁压裂液,由于其破胶完全、无残渣、地层伤害小等优点,已在水力压裂领域受到广泛关注。但合成工艺复杂、成本高以及无法重复利用等问题限制了清洁压裂液的实际应用。基于油酸酰胺丙基二甲基叔胺与丁烷四羧酸在特定pH条件下相互作用形成“假”四子表面活性剂,进而自组装形成蠕虫状胶束的特性,构建了表观相态和流变学行为受pH调控的pH响应型清洁压裂液,系统研究了这种清洁压裂液的pH响应行为,包括表观相态、黏度、流变学行为、pH响应循环性以及微观结构等,并评价了其耐温耐剪切以及破胶性能。研究结果表明,通过调节pH,压裂液的零剪切黏度可达240 Pa·s以上,并能够在高黏凝胶状态与低黏水溶液状态间循环切换4次以上。所构建的清洁压裂液在90℃、170 s^(-1)条件下剪切60 min后,黏度仍保持在200 mPa·s以上,具有良好的耐剪切性能。此外,该压裂液可在1 h内实现完全破胶,且破胶液黏度低、无残渣。

风沙二相流运动特点的分析

本文以平坦沙漠上定常、充分发展的风沙二相流为例分析了颗粒的跃移运动，在这种运动中颗粒吸收气流的机械能和水平动量向下输送，并在落地时传递给床面。本文还用拟流体观点分析了固相运动的特点：在床面上有较大的滑移速度，有较大的垂向速度脉动，但垂向的平均速度却为零，等等。并指出，这种速度脉动既不属于热运动，又不是湍流脉动，它是一种新形式的无规则运动，是颗粒跃移运动在连续介质模型中的反映，对风沙流的结构和流场中的细致平衡有很大影响。最后讨论了这种新型脉动产生的剪应力，给出了这种应力的近似本构式。这种应力有一个重要特征：非梯度型，即不能由当地的固相速度梯度完全决定。

颗粒流体两相流模型研究进展

本文介绍了颗粒流体两相流动的特征及其模拟方法 ,重点论述了拟流体模型的研究现状及发展 ,并对两相流动模拟中的各种方法进行了展望。

稠油拐点温度测算方法研究

稠油拐点温度是稠油开采的重要参数。在稠油流变特性分析研究的基础上,进行性能实验分析,并根据稠油的粘温关系曲线,利用数学方法提出了稠油拐点温度的测算方法,其计算结果符合率较高,可应用于稠油生产中。

基于环管实验的膏体流变特性及影响因素

为研究膏体的流变特性与影响因素,自主设计研发小型膏体环管实验平台,测试不同工况条件下膏体管道输送的τw-dv/dr流动曲线,并采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行回归分析,获得膏体管道输送的流变参数,分析水泥掺量、尾砂颗粒粒径及料浆质量分数对膏体屈服应力τ0、塑性黏度μ的影响。研究结果表明:膏体流变模型属于n<1,τ0>0屈服伪塑性体,用H-B模型描述更为精确,其屈服应力τ0和塑性黏度μ都随着膏体料浆的质量分数增加呈指数增加,随着水泥掺量的增加先增大后降低;膏体料浆质量分数一定的情况下,构成膏体的尾砂粒径越细,屈服应力越大,与尾砂的比表面积呈幂指数关系。

气固两相流模型在流场分析中的研究进展

介绍了气固两相流的基本方程、理论模型和研究方法,论述了常用3类模型在流场模拟中的研究进展及应用状况.研究表明,气固两相流模型在工程实践中具有重大的应用价值,并对其研究趋势作出了展望.

颗粒流拟流体的本构关系

针对慢速密集颗粒流的特点,采用拟流体的方法,类比具有屈服应力的非牛顿流体,给出了适用于慢速密集颗粒流的本构方程表达形式,建立了用粗糙底面斜槽测量颗粒流当量粘性的数学模型,并以小麦颗粒为例,通过粗糙底面斜槽实验得出了小麦颗粒流的屈服应力及其本构方程的关键系数.将实验得出的小麦颗粒流本构关系系数作为其当量粘性的特征值对斜面流进行解析计算,体积流量的模型预测值与实验值的相对误差在15%以内.

氟磷灰石-氟金云母微晶玻璃的生物活性研究

通过模拟细胞外液浸泡及动物骨内种植的方法研究了氟磷灰石-氟金云母微晶玻璃的生物活性机理。借助于SEM/EDAX,薄膜XRD,IRRS及原子吸收光谱分析等技术,研究了该微晶玻璃在生理环境中表面羟墓碘灰石层的形成过程。根据微晶玻璃中主晶相种类、显微结构特点及溶液中各离子的浓度等讨沦了羟基碑灰石层的形成机理。认为微晶玻璃中残余玻璃相的Ca^(2+)溶出及溶液相对于羟基磷灰石的过饱和状态,对材料表面羟基碑灰石层的形成具有重要意义。形成的羟基磷灰石层具有较低的结晶度,它是由最初的无定形态含水富CaO,P_2O_5薄层晶化转变而成。

流延法制备AlN陶瓷基板的研究

从颗粒尺寸、浆料流体类型、干燥条件、排胶机制等方面对流延法制备ＡｌＮ陶瓷基板展开了较为系统的研究．结果表明，颗粒尺寸的不同直接影响到浆料粘度及分散剂用量．适于ＡｌＮ流延成型的浆料流体类型属于假塑性流体．保持一定的溶剂气氛有利于获得表面平整光滑的流延素坯膜．二次排胶有利于排除ＡｌＮ流延素坯膜中的残余碳．烧结后基板的断口ＳＥＭ照片表明晶粒发育较为完善，无明显开气孔，断裂模式为沿晶断裂．

基于热-结构耦合的旋转阀间隙分析

旋转阀阀体和转子的间隙对旋转阀的安全运行有重要影响.采用有限元方法和热力学理论对旋转阀阀体和转子的计算模型进行热分析,得到阀体和转子的温度场分布;利用热-结构耦合应变分析得到的变形量来计算旋转阀阀体和转子的间隙值,详细研究阀体上部不同管道作用力、物料对转子的作用力以及不同物料温度对旋转阀阀体和转子之间间隙值的影响.计算结果表明:阀体的温度从内到外逐渐降低,转子叶片处温度分布均匀,转子两端温度较低;随着物料温度的升高、阀体和转子之间的间隙逐渐变大;物料与转子作用力对间隙值影响可以忽略;随着阀体所受压力增大,阀体与转子间的间隙值增大,如需承受更大的上部管道作用力,可通过在阀体上增加加强筋等结构来增大局部的强度.

预防煤炭自燃的注砂技术实验研究

山砂是我国西北部矿区地表的主要自然资源之一,但如用其直接作为煤矿注浆防灭火的原料,不仅会造成输送管路的堵塞,还会引起输送管路的严重磨损。为此,首先研究了常见增稠剂羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠等对砂粒的悬浮性能,实验结果表明它们只能延缓砂粒的沉降。进而从理论上分析了砂粒悬浮的条件,发现具有一定屈服应力的假塑性流体特性的液体才能悬浮砂粒;并且悬浮砂粒粒径越大,所需屈服应力也越大。基于理论分析,研制了具有该特性的浆液,山砂在该浆液中不仅具有良好的悬浮性能,浆液还具有输送阻力小的特性。管道输送试验表明,浆液稳定性和流动阻力符合实际要求。

双流体模型模拟喷涂飞行区内的速度分布

文章基于双流体模型,并采用ANSYS/CFD多组分传输包分析了颗粒群与压缩气流相互作用下喷涂飞行区内的速度分布。结果表明,双相流的速度分布与单独压缩气流的速度分布大致相似,即在开始的一段喷涂距离内速度降低很快,随后趋于平缓;而在相同的喷涂距离下,与喷涂轴线的夹角越大,其所对应的速度越小。但在喷涂入口处,双相流速度分布具有一段明显的加速段。

凉粉草胶的稳剪切流变学性质

研究了凉粉草胶在不同质量浓度、温度、pH、盐的种类及盐浓度和不同蔗糖浓度下的流体行为以及固定剪切速率下的表观粘度随不同条件的变化情况。结果表明，凉粉草胶溶液在不同的条件下呈牛顿流体或假塑性流体行为，在剪切速率52．8s^-1下，10g／dL凉粉草胶溶液的表观粘度随胶质量分数（1～20g／dL）的增加而递增，随温度（25～70℃）的升高而递减，随pH（5～12）的变化则不具有单调性，随NaCl（0～3．0g／dL）的添加而递减，随CaCl2（0～3．0g／dL）的添加则先减小后增大，随蔗糖（10-50g／dL）的添加则递增。

沙粒跃移运动的动理学模拟

目前,风沙跃移运动的数值研究主要以拉格朗日方法为主,然而,拉格朗日方法对计算机硬件的高要求以及相对较低的运算效率不适合于求解大量颗粒的复杂碰撞运动。本文采用连续介质观点,将沙相作为拟流体处理,在动理学理论的基础上建立了气-沙两相流动的数学模型,采用Tu & Flecher提出的边界条件处理跃移沙粒在沙床面上的动量变化,对平壁边界层中的风沙运动进行了模拟,得到了风速沿高程对数分布和输沙率沿高程指数衰减的合理分布,说明动理学理论适用于处理存在复杂碰撞作用的风沙运动。本文的工作是风沙运动数值模型发展的一次有意义的尝试。

大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟

采用欧拉双流体模型和颗粒动力学方法,数值模拟了大颗粒流化床在不同密度、布风装置及曳力模型情况下的气固两相流动,考察了大颗粒流化床流化和流动特点,颗粒体积分率分布,床层压力瞬时变化,床层碰撞比,以及颗粒速度径向和空隙率轴向分布规律.研究结果表明,与直型布风板流化床比较,凹型布风板流化床内的气泡产生快,颗粒横向运动能力强;随着颗粒密度的增大,其在凹型布风板流化床边壁处的速度比中心位置处减小的快;比较3种曳力模型,发现其模拟的轴向空隙率分布和床层压力存在较大差异,且与床层膨胀比实验关联式相比,3种模型预测的值比实验关联式要大一些.通过研究,3个曳力模型中Gidaspow模型相对适用于大颗粒气固流化床的数值模拟.

近床面风沙流的颗粒拟流体大涡模拟分析

通过气相大涡模拟与基于颗粒动理学理论的颗粒相湍流拟流体模型进行耦合,对近床面风沙气固两相三维运动进行了数值计算。相同来流风速下,对跃移层内沙相速度、沙相浓度及沙粒脉动均方根速度沿近床面高度变化进行了统计分析,对比了模拟参数结果与相关实验值之间的差异。结果表明:所建计算模型能较好地揭示近床面风沙流特性,低沙相浓度运动模拟中2种曵力系数模型计算得到的各个宏观参数统计量趋于一致;跃移层内沙相平均流向速度随近床面高度的增加呈递增趋势,沙相浓度随近床面高度的增加呈递减趋势,沙相流向脉动均方根速度在跃移底层呈现单一峰值状。模拟结果获得了与相关实验结论相类似的变化规律,得出准确选取沙粒碰撞弹性恢复系数是准确揭示沙相速度脉动强弱的关键。

高粘度复合变性淀粉的流变性与降滤失性能

以马铃薯淀粉和氯乙酸为主要原料,通过交联-醚化制备了高粘度复合变性淀粉(CM-CMS),考察了高粘度CM-CMS糊液的流变性能及其在钻井液中的降滤失性能,探讨了其降滤失机理。结果表明:CM-CMS糊液表现为假塑性流体特征;其在饱和盐水钻井液及4%盐水钻井液中的增粘、降滤失性能明显优于中粘羧甲基纤维素钠(MV-CMC),在淡水钻井液中与MV-CMC接近。

荷电颗粒多相湍流数学模型的构建

随着静电喷雾技术的发展,对荷电多相湍流的研究也不断深入,由于这一流动现场极其复杂,模型构建的难度增大。在多相湍流模型建立的理论基础上,采用双流体模型,考虑湍流脉动与电场耦合作用,引入“体平均”概念,构建了荷电多相湍流数学模型。“双流体”多相湍流模型在工业领域模拟复杂湍流中的成功应用和不断发展,为荷电多相湍流提供了新的工程模拟模型和方法。在单相荷电流体湍流模型方程建立的基础上,根据“双流体”多相湍流模型建立的理论基础,把荷电颗粒当作拟流体处理,借用拟流体多相湍流描述方程建立的方法,推导了荷电颗粒拟流体多相湍流的描述方程,为进一步获得荷电颗粒拟流体多相湍流模型提供了基础。