饱和多孔介质化学-热-弹性模型及应用

本文基于热局部非平衡(LTNE)条件和加权平均温度概念,并假设孔隙流体由溶质和溶剂两组元组成,对页岩(饱和多孔介质),推导给出了一种LTNE条件下的化学-热-弹性模型,同时讨论了耦合方程组的解耦求解问题.作为模型的应用,考虑无限大平面含一圆形孔的情况,研究了冷/热对流以及溶质摩尔分数突变边界条件下圆孔附近的孔隙压力和化-热应力问题,用Laplace变换得到了平面轴对称情况下有关力学变量的表达式.数值分析了圆孔边界上冷/热对流的Biot数和溶质摩尔分数改变量对圆孔附近孔隙压力和化-热应力的影响.结果表明:在Biot数为中等值(1～5)范围内,LTNE效应是非常明显的;化学作用对孔隙压力和固相应力的影响不可忽视.

非饱和多孔介质中混合元法的化学-热-渗流-力学耦合的本构模拟

在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联流动多重屈服准则模拟非饱和多孔介质的材料非线性行为。推导了u-pw-pa-T形式的包含了耦合率本构方程积分的向后欧拉映射算法和一致性弹塑性切线模量矩阵(单元刚度矩阵)的混合元一致性算法。本文给出了临界状态线(CSL)和状态边界面(SBS)两个屈服准则的一致性算法。数值结果显示了本文所发展的混合元耦合本构模拟算法在模拟由热、化学、力学荷载共同引起的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合行为的能力和有效性。

基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究

为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析单电池温度不均匀分布和电池组温度正态分布情况的原因,探讨换热面积和流通量对散热量的影响,研究电池组中单体电池的位置分布及不同传热介质的散热情况。研究结果显示:低温和相对高温环境下,欧姆热、极化热及电化学反应热产热占比不同,但产热最高温度未达到电极材料与电解液分解反应的临界温度420 K;高温环境下,电池温度持续升高接近临界温度,出现热失控趋势,对流换热系数对电池影响较大。电池组间隙为10 mm和20 mm时,整体温度比间隙为0时分别降低了1.1%和1.8%;与无间隙电池组相比,以铜板和铝板为传热介质的电池组温度分别降低了2.0%和1.6%。

基于UPLC-Q-TOF-MS/MS技术的黄芩清热除痹胶囊化学成分分析

应用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS/MS)法,对黄芩清热除痹胶囊(HQC)的化学成分进行快速鉴定,采用Water ACQUITY UPLC BEH C_(18)(2.1 mm×100 mm,1.7μm)色谱柱,以0.1%甲酸水-乙腈为流动相进行梯度洗脱,采用电喷雾电离源(ESI)在正、负离子模式下分别采集HQC的基峰色谱图。建立HQC的化学成分数据库,基于天然产物后处理筛查平台(UNIFI)进行靶向分析,结合化合物的精确分子量、二级碎片离子信息、对照品和文献数据等进行化学结构确认。从HQC中共鉴定出82个化合物,包括37个黄酮类、11个有机酸类、14个萜类、7个苷类、5个氨基酸类、8个其他类化合物;HQC主要以黄酮类成分为主。UPLC-Q-TOF-MS/MS结合UNIFI平台的分析方法可快速鉴定HQC的化学成分。

考虑热-水-力耦合效应多孔弹性地基的动力响应

通过对Biot波动方程的修正,得到考虑热-水-力学耦合效应的多孔弹性介质动力响应的控制方程,研究了简谐均布荷载作用下地基土体的热-水-力耦合动力响应问题。利用Fourier变换技术,得到地基中的应力、位移和孔隙水压力积分形式的解答。利用Fourier逆变换得到数值结果,分析了热-水-力学耦合条件下地基土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力响应的分布,并讨论了热源输入的影响,结果表明:应力、位移和孔隙水压力随?T的增大而有一定的减小。

非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合的混合元法

提出了一个非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法．固相位移、应变和净应力; 孔隙水和气的压力、压力空间梯度和Darcy速度;多相混合介质的温度、温度空间梯度和热流量在单元内均为独立变量分别插值．基于胡海昌-Washizu三变量广义变分原理给出的多孔介质中热-渗流-力学耦合问题控制方程的单元弱形式,导出了单元公式．采用共旋公式进行几何非线性分析．数值结果证明了所提出的单元模拟以应变局部化为特征的渐进破坏的能力．

多孔介质流-固-热三场全耦合数学模型及数值模拟

给出多孔岩体介质的流–固–热三场全耦合数学模型。假定流体为单相流,固体介质为非沸腾的饱和、热弹性多孔介质,该模型由流体物质守恒方程、力学平衡方程和能量守恒方程这3个相互耦合的方程组成,其中包含了众多耦合项,并定义一系列的本构关系及耦合变量。以FEMLAB工具为基础,将该数学模型转化成为一个统一的偏微分方程组,在人机交互的环境下,实现流–固–热三场全耦合数值求解,一次解出渗流场、位移场和温度场,给出更接近真实物理过程的数值解答,避免松散耦合法求解多场耦合问题带来的误差。利用一个已知解析解和数值解的算例来证明了耦合模型及求解方法的正确性。最后模拟通过井孔向岩体中注入冷水时流–固–热全耦合过程,详细地分析全耦合作用对井壁围岩应力的影响,计算结果表明:流–固–热三场耦合作用对井壁的稳定分析有非常重要的影响。

考虑热-化学耦合的NEPE推进剂固化过程数值模拟

采用热-化学耦合模型表征热传导和固化动力学反应,利用物理试验测定硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂在不同固化度下的热参数和密度,研究了NEPE推进剂药柱在固化过程中温度场和固化度的分布和演变规律。结果表明,因推进剂固化反应的生热速率与外界热量传递速率存在差异,导致固化过程中出现内部温度场和固化度场分布不均匀的现象。固化时间为1~4 d时,药柱中心位置的温度较高(最高57.6℃),外侧较低;固化时间大于等于5 d时,药柱温度场慢慢与环境温度(50℃)趋向于平衡。推进剂固化度-时间曲线近似为“S”型,固化时间小于1 d时和大于4 d时,固化速率缓慢;固化时间2~4 d时,固化速率快。固体发动机的m数对推进剂固化温度和固化速率有一定影响,m数越大,推进剂的最高温度越高,同时温差也越大,温度差会导致推进剂药柱内部固化速率产生差异,造成推进剂达到指定固化度的时间变长。

基于电化学-热耦合模型的动力电池逆向仿真建模与参数辨识

为了便于终端用户更容易获取到电芯内部相关的电化学参数数据,本文通过逆向拆解的方法结合电化学-热耦合模型,采用有限元仿真分析和电化学参数优化试验的方式,验证了所获取参数的精确性,并通过参数辨识的方式考虑了Bruggman系数,反应速率常数和固相扩散系数对动力电池充放电性能和温度的影响。研究结果表明:逆向拆解法可以精确地获取电池的动力学参数和热力学参数,对标锂电池的电压、温度误差范围在3%左右;Bruggman系数影响放电中后期的电压,增大数值增加极化,随着Bruggman系数的不断增大电池温度呈现减小趋势;反应速率常数影响全范围内的电压变化,温度随着反应速率常数的增大出现减小的状况,增大反应速率常数减小极化;固相扩散系数影响低SOC范围内的电压,增大数值减小极化。

两层多孔介质热-流耦合传热的实验研究

为探讨恒温差热加载下多孔介质的对流传热变化情况,通过热-流耦合传热实验测试和数值模拟,分析模型热加载方式、长高比及材料比例对传热特性的影响。结果表明:两层多孔介质内温度水平热加载时随时间延长最终趋于稳态值,底部热加载时随时间呈非稳态震荡。两层多孔材料中高导热系数材料所占比例越大,内部测点间温差越小。当同采用水平热加载方式时,长高比为1/4比长高比为4的两层多孔介质内部测点温差小。接触面处测点温度受高导热系数材料影响更大。实验表明该预估方法是有效的。

济源-开封凹陷东段馆陶组热储水化学特征及成因启示

对济源-开封凹陷东段馆陶组地热水进行分析研究发现,其水化学性质为中性水、盐水、极硬水,以Cl-Na型水为主,其化学特征、控制因素、特征系数等与上部明化镇组地热水、第四系地下水及地表水差异明显.馆陶组地热水为陆相含盐岩地层沉积型溶滤水,赋存介质为砂岩孔隙,区域发育的断裂、裂隙为其提供导热和运移的通道,在大地热流的传导增温下,不断发生溶滤作用、蒸发浓缩作用等,同时热储层封闭性良好,热水运移较停滞,还原性彻底,浓缩程度高.开封断隆内馆陶组地热水的以上特征与开封-兰考断陷相比程度更高.

纳米多孔金应用于葡萄糖氧化和4-硝基酚检测的电化学研究

纳米多孔金在电化学传感器制备中具有广泛的应用前景。基于此,文章针对纳米多孔金的电催化活性及其在电化学传感器方面的应用情况开展实验分析。结果显示,纳米多孔金在电化学传感器制备和应用方面具有良好的应用效果和应用前景。

广东省粤中断裂型碳酸盐岩地热水的水文地球化学研究——以马星-隔陂地热系统为例

粤中地区地热资源丰富,但人们对断裂型碳酸盐岩地热水地球化学过程的认识存在一定争议。本文以马星-隔陂地热系统为例,采用Piper图、离子比例系数、Gibbs图和主成分方法(PCA法)针对其断裂型碳酸盐岩地热水水化学特征进行综合分析。

考虑相变的近场动力学热-力耦合模型及多孔介质冻结破坏模拟

多孔介质的传热传质现象广泛存在于自然界和工业领域中.低温条件可能导致多孔介质中的组分发生相变,并由此诱发材料损伤,甚至导致结构失效破坏.对这类破坏现象的预测需要精细化建模,以能够反映物质的相变过程和材料的破坏特征.本文采用热焓法改写经典的热传导方程,在近场动力学框架下,建立了一种考虑物质相变的热-力耦合模型,发展了交错显式求解的数值计算方法,进行了方板角冻结、热致变形和多孔介质冻结破坏等问题的模拟,得到了方板的冻结特征、温度场和变形场的分布规律以及多孔介质的冻结破坏过程,与试验和其他数值方法的结果具有较好的一致性.研究表明,本文所建立的考虑物质相变的近场动力学热-力耦合模型能够反映材料的非局部效应和物质相变潜热的影响,准确捕捉相变过程中液固界面的演化特征,再现多孔介质中材料相变、基质热致变形和冻结破坏过程,突破了传统连续性模型求解这类破坏问题时面临的瓶颈,为深入研究多孔介质冻融破坏过程和破坏机理提供了有效途径.

基于COMSOL的多孔介质热-流-变形耦合数值模拟

针对在稠油热采过程中,将高温高压流体注入油藏多孔介质所引起的岩石骨架变形、储层压力增大和油藏温度变化等问题,基于达西定律,应用连续介质力学和能量守恒定律,建立了稠油热采过程中的热-流-变形耦合方程,对基于REV尺度建立的多孔介质进行数值模拟计算和分析。结果表明:增加渗透率对多孔介质的效果优于增加入口温度和压力;增加入口压力能够增加热量传递速度;增加入口温度会导致骨架变形量增大,岩石破裂。

基于UPLC-Q-TOF-MS分析江西特色炮制技术对中药升麻化学成分的影响

目的比较江西特色炮制技术对升麻化学成分的影响,筛选优质饮片品种。方法采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱(ultra performance liquid chromatography-quadrupole-time of flight tandem mass spectrometry,UPLC-Q-TOF-MS)技术,在正、负离子模式下分析升麻不同炮制品的化学成分,通过对照品、相对分子质量、质谱裂解规律和文献信息进行鉴定。利用SIMCA-P13.0软件建立升麻各炮制品主成分分析(principal component analysis,PCA)和偏最小二乘法-判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)模型,获取PCA得分图、PLA-DA得分图和变量重要性投影(variable importance plot,VIP)值,筛选造成升麻炮制前后主要差异的物质基础。利用MetaboAnatyst网页绘图工具,制作得到热图,可更直观地观察升麻化学成分经炮制后的变化趋势。结果鉴定出71个化学成分,PCA显示经不同方法炮制后升麻组间差异性大,PLS-DA筛选出VIP值>1的33个化学成分作为炮制前后差异性的主要化学标记物。其中生品和蜜炙升麻中三萜类含量较高,蜜麸、蜜糠炒升麻中酚酸类物质含量较高,蜜麸升麻中阿魏酸含量较高。结论酚酸类和三萜皂苷类是区分升麻不同炮制品最重要的化合物类别,为江西特色升麻饮片的药效物质基础及优势品种研究提供了依据。

中国高放废物地质处置缓冲材料大型试验台架和热-水-力-化学耦合性能研究

缓冲材料作为高放废物深地质处置库中一道重要的人工屏障,与高放废物容器和处置库围岩直接接触,在高放废物衰变热、辐射作用和地下水等影响下产生复杂的热-水-力-化学耦合作用,为了验证缓冲材料是否能长期有效地发挥其屏障材料的作用,核工业北京地质研究院利用高庙子钠基膨润土组装并运行了模拟中国高放废物地质处置室1:2尺寸的大型缓冲材料膨润土试验台架(China-Mock-Up)。建立了缓冲材料试验台架的安装和试验方法,依据实测数据和理论分析,揭示了热-水-力-化学耦合作用条件下膨润土中的相对湿度是在加热器的热效应和外部供水的湿效应共同作用下发生变化的,压实膨润土中应力的变化主要是由于膨润土遇水膨胀和加热器的热效应引起的,试验验证了模拟高放废物地质处置室内加热器(废物罐)运行初期的位移过程,为缓冲材料和高放废物地质处置库的设计提供了重要的工程参数和理论依据。

变形多孔介质温度-渗流-应力完全耦合模型及有限元分析

根据多孔介质中温度、渗流及应力之间复杂的耦合关系,基于连续介质力学和混合物理论,导出变形多孔介质热–流–固三场耦合模型及其控制方程,探讨有限元法的求解过程,以ABAQUS软件为求解器,在MATLAB语言环境下编制相应的计算程序,并通过典型算例考证程序的正确性。然后研究石油钻井过程中的热–流–固耦合作用过程,详细分析场耦合作用对井壁孔隙压力、温度和应力的影响,计算结果表明,热–流–固耦合作用对井壁稳定有重要的影响,应全面考虑各物理场之间的耦合作用。研究成果为分析岩土介质多场耦合过程提供一条有效的途径,从而为进一步研究温度–渗流–应力–化学(THMC)耦合问题奠定基础。

热-化学技术提高稠油采收率研究进展

在稠油开采过程中,热力采油法一直是提高稠油采收率的主要方式。针对稠油油藏水驱采收率低及部分油层(如部分薄层、深层、热敏层等)不适宜于热采的特点,在稀油化学驱技术的基础上发展了稠油化学驱技术。近年来研究发现,将稠油热采和稠油化学驱技术相结合使用,可大大提高稠油采收率。在调研大量相关文献的基础上,综述了稠油化学驱以及稠油热(蒸汽)-化学复合采油技术的研究进展,分析了其提高稠油采收率的作用机理和存在的问题,认为热-化学水平井复合采油技术是今后稠油开采的一项重要技术。

油页岩原位注蒸汽开发的固-流-热-化学耦合数学模型研究

针对目前传统地面干馏油页岩技术中存在的高成本、高污染问题,提出了对油页岩进行原位注蒸汽开发的新方法.并利用太原理工大学研制的高温高压干馏釜对油页岩进行了高温高压蒸汽作用下油页岩干馏渗透实验.结果表明:高温高压蒸汽作用下油页岩会产生大量的孔隙、裂隙,从根本上提高了油页岩的渗透性;主要利用对流传热的方式,高效率地加热了油页岩并带走页岩油.同时,在复杂理论分析的基础上建立了油页岩原位注蒸汽开发过程中的固、流、热、化学耦合数学模型,包含了众多的耦合项作用,为分析解决油页岩原位注蒸汽开发过程中的复杂物理化学过程提供了理论依据.