有限变形下固流多相介质耦合问题的数学模型及失稳条件

本研究以多相连续介质力学理论为基础,把多相连续介质抽象为叠合连续体,考虑了固相骨架的有限变形、液相及气相之间的相互作用,建立了固—液—气三相介质相互耦合变形力学的基本理论和数学模型,提出了固相骨架有限变形下三相耦合介质的失稳条件.有限变形下失稳的临界条件对应着固相骨架的总刚矩阵奇异,为多相介质力学问题的数值模拟提供了理论基础.

岩土体介质电学传导模型研究综述

由于岩土体多相介质组成复杂,导电特性解读困难,了解已有的电学传导模型有助于揭示岩土体导电特性.通过整理大量岩土体电学测试研究成果,将主流的导电模型归纳为3种岩土体导电理论模型,并分析了各模型的应用范围、假设条件适用性和局限性.结果表明:基于电化学理论的单相介质导电模型已有成熟理论,而多相孔隙介质的导电模型还有争议;简单电阻模型多为经验模型,应用方便,但部分参数物理意义不明,无法广泛应用;孔隙网络模型提出了曲折度概念,明确了参数的物理意义,但曲折度无法采用有效手段直接测得,应用范围受限;等效介质模型有较好的理论基础,应用简单,但该模型主要基于岩体提出,对于非饱和黏性介质鲜有涉及,需进一步完善.上述研究指出了导电模型的缺陷和发展方向,为岩土工程测试提供理论基础.

气固鼓泡床结构双流体传热模型及其模拟验证

介尺度结构显著影响非均匀气固复杂系统内的流动传递反应特性。构建了结构双流体传热模型用于模拟复杂气固系统内的流动传热过程,按照流动控制机制将鼓泡床系统划分成由气体主导的气泡相和颗粒主导的乳化相两个相互渗透的连续流体,进而确立考虑介尺度结构影响的控制方程及本构关系,其中相间曳力、乳化相黏度、相间传热系数及各相热导率均采用合理的经验关联式进行封闭。利用双流体传热模型与显式解析壁面流动和传热边界层方法相结合,对安装加热管的鼓泡床系统进行了模拟。结果表明:结构双流体传热模型可成功预测鼓泡床系统内固含率的轴向分布及床层壁面传热系数的变化规律;模拟结果与实验数据吻合较好,密相区壁面传热系数模拟值与实验值的相对误差小于10%,稀相区壁面传热系数的模拟值与实验值在同一量级,表明结构双流体传热模型可准确刻画鼓泡床系统内气固两相的流动传热特性。

多相及多组分混和介质中汽蚀气泡模型的研究

1前言多相及多组分混合介质（固一液，液一液）中的汽蚀现象在化工、石油开采、高含沙河流的水力输送等许多工程应用中都可以遇到。此外，近年来国内外一些学者［‘］利用汽蚀在多组分混合介质中进行新材料的合成及化学反应的探索。然而，文献报告中尚未见到一种针对多相?..

饱和正冻土多孔多相介质的理论构架

通过对冻土多孔多相微元体的平衡方程、各相成分之间的变形协调方程 ,推导出冻土体 (考虑土骨架与冰颗粒之间相互作用力———冻胀力 )的有效应力原理、正冻土单元的连续性方程及各相成分的能量转换与传递方程 ;在此基础上提出了正冻土的控制微分方程的理论框架 ,从而建立了在多孔固液介质的质量守恒方程与多孔多相介质的热、能守恒方程的基础上的全面考虑冻土中骨架、冰、水三相介质水、热、力与变形真正的耦合作用的数理方程 ,比当前国际流行的正冻土流体动力学模型、刚冰模型和热力学模型更全面地描述了正冻土的水、热。

LPG埋地储罐泄漏渗流扩散多相混合数值模型及模拟(Ⅰ) 模型建立

在混合模型理论基础上,建立LPG(liquefied petroleum gas)在非饱和砂土中渗流扩散的传热、传质模型,研究LPG埋地储罐在砂土介质中发生泄漏时LPG渗流扩散的物理过程。该模型综合考虑了LPG泄漏相态、重力、黏滞力、毛细压力、扩散、非达西效应、气液相之间相互作用等影响因素的作用;在Forchheimer方程基础上,推导出多相混合流的非达西流动方程,并根据LPG实际渗流过程中流动状态的变化,将多相流非达西系数根据Reynolds数变化进行相应的改变,实现对多相流体从非达西流动向达西流动的转变现象的描述,能够模拟多种流动状态变化,扩展了模型的适用范围;根据LPG不溶于水的特性,简化了组分方程,推导出LPG体积浓度计算式。该模型能描述LPG埋地储罐泄漏后在砂土中流动趋势和对周围造成的影响,为埋地储罐场地选取、周边区域规划和事故预防、预测、应急提供依据。

基于分层介质模型的HF雷达高度计火星回波仿真研究

火星次表层中的水探测是当前深空探测领域中的热门问题之一.高频(HF)雷达高度计具有较强的穿透能力,且能同时实现距离和功率测量,是火星次表层探测的重要手段.介绍了高频雷达高度计系统的原理和设计,通过分析高度计电磁脉冲与多层光滑介质之间的相互作用,得出其回波功率随时间变化的模型,并考虑了表面粗糙度对表面回波功率的影响.选用典型的火星分层介质模型,对其介电常数特性和高度计回波波形进行了仿真.仿真结果表明,采用高频雷达高度计系统可实现对火星次表层介电特性垂直廓线的反演,对火星中水的识别具有重要作用.

集中装药在多相介质中爆破效应的分析及应用

利用爆炸应力波在介质中传播的衰减规律和在界面处的反、透射规律 ,建立起了集中装药在多相介质中爆炸的力学模型 ;并运用工程实例来说明这种力学模型的应用。

应用拟流体模型对弯曲圆管及复杂管线内气固多相流动的数值研究

采用建立在拟流体假设基础上的离散介质动力理论对不同弯管及复杂管线内的气固多相流动进行了计算 ,得到了各流动参数的分布情况 ,分析了弯曲角度和相对曲率半径对不同尺寸粒子的分离效果 。

油田集输管线介质多相流腐蚀规律研究

本文介绍了在多相流条件下如何对油田集输管线介质进行腐蚀因素研究和数学模型建立，并研究了集输管线介质流速、含氧、pH值、矿化度、温度、二氧化碳分压、含水共七个因素对20#管材的腐蚀影响趋势。本文研究内容采用的多相流腐蚀评价装置获国家专利，其设计思路和评价方法对相关领域的研究具有很好的指导作用。

冬小麦覆被农田地表多层非均质混合电磁散射模型研究

冬小麦种植区域分布广泛,为监测与评估其生长信息和生长环境,本文通过引入三相混合介质模型表征植被层,引入高斯随机粗糙面表征农田粗糙地表,构建了一种冬小麦覆被农田地表的多层非均质混合电磁散射模型。首先分别对比本文提出的多层非均质混合模型与水云模型、Oh模型在冬小麦拔节期及孕穗期的后向散射系数预测结果,对本模型的有效性进行分析和验证;随后,通过分析该模型等效介电常数,并求解其电磁散射及辐射传输方程,获取植被生长信息、植被含水率及土壤粗糙度等因素对覆被农田地表等效介电常数和雷达后向散射系数的影响规律。结果表明,本文提出的多层非均质混合模型与水云模型及Oh模型预测结果有较好的一致性,同时与双弥散模型获得的小麦层等效介电常数R2分别为0.9817、0.9922、0.9863、0.9711,同样具有较好的一致性;此外,本文提出的模型对拔节期、孕穗期小麦含水率的预测结果与实际测量值的均方根误差分别为0.88%、4.65%,该模型能够较好地模拟覆被农田地表电磁散射特征,为后续无人机微波反演冬小麦生长及土壤水分信息提供坚实理论基础。

双轴各向异性介质特征参数的测试模型

介质参数测试的关键理论步骤是求解相应的电磁逆问题。本文利用等效传输线法导出了已知双轴各向异性电磁材料复介电常数张量 ε 和复磁导率张量 μ ,计算出反射系数和透射系数 (正问题 )的理论公式后 ,提出了一种新的求解逆问题的理论方法。由介质对正入射 TE、TM波的反射系数与透射系数 ,可用公式直接反演得到ε 和μ 的复分量εx、μy 和εy、μx,然后利用介质对斜入射 TE、TM波的透射系数由大为简化的反演算法迭代求解它们的 z分量 εz 和 μz。计算机模拟实验给出了比较理想的结果。

基于改进双向峰-谷搜索算法的煤矸模型电磁波正演模拟

实现放顶煤过程煤矸含量自动识别是综采自动化的重要目标,现有煤矸含量自动识别方法存在准确性、实时性较低等问题。放顶煤过程产生的煤矸混合物是由煤、矸石和空气形成的三相介质,各相介质的电性参数不同,在不同组分的混合三相介质中,电磁波的传播特性也不同。煤和矸石相对介电常数差异明显,通过研究不同含矸率煤矸混合物的电性参数,可为放顶煤工作面含矸率自动识别提供新的思路和方法。为了探究不同含矸率煤矸混合物的电性差异,提出了一种基于分治策略的双向峰-谷搜索算法,基于该算法建立了煤矸多相离散随机介质模型,基于麦克斯韦方程组及其本构关系方程,利用时域有限差分法对所建立的模型进行电磁波正演模拟。分析表明,基于分治策略改进双向峰-谷搜索算法后,煤矸多相离散随机介质模型中的煤、矸石、空气三相之间不仅存在明显的相界面,且各相离散程度更大,不存在聚集现象,因此局部介质也能体现整体的电性参数,能够满足电磁波正演的介质模型需求。正演模拟结果表明:(1)激励信号的频率会影响透射波的幅值,在12 GHz范围内,激励信号频率越高,透射波幅值越大;频率过低会降低信号的鲁棒性,激励频率应高于2 GHz。(2)煤矸混合物的含矸率与介质整体的等效介电常数呈正相关。含矸率越高,电磁波信号的传播损耗越多,接收平面接收到的信号幅值越小,电磁波信号穿透介质所用的时间越长。不同含矸率之间呈现明显的差异性,可以用作综采放顶煤含矸率识别的依据。

阻挡介质材料对低气压CO_(2)介质阻挡放电转化特性的影响

介质阻挡放电(DBD)等离子体可产生大量荷能荷电粒子和活性自由基,具有高效、低耗、高可控程度、长使用寿命等优势,在CO_(2)资源化利用方面表现出良好的应用潜力。针对火星低气压高浓度的特殊CO_(2)氛围,为探究DBD中阻挡介质材料种类对CO_(2)转化效果的影响机理,利用kHz正弦电压驱动DBD,实验研究了不同阻挡介质材料对CO_(2)放电转化特性的影响。结果表明,阻挡介质依次为石英玻璃、环氧树脂、氮化铝、氧化铝、氧化锆(相对介电常数依次为4.7、6.6、9.8、10.2、37.1)时,放电产物中O_(2)的产量逐渐升高,其中氧化锆作为阻挡介质时的O_(2)产量远高于其他材料。结合数值仿真分析了阻挡介质相对介电常数和二次电子发射系数对CO_(2)转化效果的影响机理:固定二次电子发射系数,增大介质相对介电常数,气体间隙平均电场强度增大,放电产生的电子和CO+2密度增大且维持在半峰值以上的时间增加,O_(2)主要生成反应的速率增大,导致O_(2)产量增加;固定介质相对介电常数,增大介质二次电子发射系数会降低间隙平均电场强度和平均电子温度,增加间隙平均电子密度,较高电子密度和较低电子温度有利于电子和离子的复合分解反应,促进O_(2)生成。

孔隙网络模型在渗流力学研究中的应用

孔隙网络模型广泛地用于同多孔介质有关的微观模拟中.本文简介了利用网络模型研究储层渗流规律的基本思想、主要步骤以及网络模型同其它微观模型相比较的优缺点,总结了在微观渗流研究中使用的两大类网络模型(准静态网络模型和动态网络模型)的特征及其适用范围,综述了目前网络模型在研究渗流中的应用现状以及国内外研究比较活跃的几个方面,最后分析了网络模型今后的发展趋向.

考虑表面活性剂作用的多相渗流研究

基于表面活性剂对油水界面的作用 ,建立了活性剂作用下饱和多孔介质中多相渗流模型 .模型中考虑了活性剂在介质表面的吸附、高温下的热降解以及活性剂分子与介质中矿物离子的化学反应 .利用有限差分法隐式格式将该模型进行了数值求解 ,讨论了活性剂浓度、活性剂性质等因素对饱和多孔介质多相渗流的影响 .

45nm芯片铜互连结构低k介质层热应力分析

采用铜互连工艺的先进芯片在封装过程中,铜互连结构中比较脆弱的低介电常数(k)介质层,容易因受到较高的热机械应力而发生失效破坏,出现芯片封装交互作用(CPI)影响问题。采用有限元子模型的方法,整体模型中引入等效层简化微小结构,对45 nm工艺芯片进行三维热应力分析。用该方法研究了芯片在倒装回流焊过程中,聚酰亚胺(PI)开口、铜柱直径、焊料高度和Ni层厚度对芯片Cu/低k互连结构低k介质层应力的影响。分析结果显示,互连结构中间层中低k介质受到的应力较大,易出现失效,与报道的实验结果一致;上述四个因素对芯片低k介质中应力影响程度的排序为:焊料高度>PI开口>铜柱直径>Ni层厚度。

论固流耦合渗透固结数学模型的建立

基于多相连续介质力学的理论,把土体抽象为叠合连续体,建立了有限变形下固-流耦合渗透固结问题的数学模型,模型中反映了固-流相的相互耦合作用。

新型三产品重介质旋流器的模拟研究

利用Fluent软件,采用RSM湍流模型和Mixture多相流模型,对一种新型的三产品重介质旋流器的流场进行模拟研究。通过对旋流器内部压力场、密度场和速度场分布情况的研究,从理论上分析该新型旋流器实现矿物分选的可能性。模拟结果表明,该新型三产品重介质旋流器的流场分布符合传统旋流器的分布规律,能够实现矿物的有效分选。

气固鼓泡床结构双流体模型及其模拟验证

气固鼓泡流化床因具有较好的传热传质特性已被广泛应用于工业生产,而气泡这类非均匀结构普遍存在于流化床中,它显著影响流化床内动量、能量和质量传递以及化学反应过程。合理描述非均匀结构与三传一反的定量关系对提高连续介质模型模拟的准确性至关重要。结构双流体模型在控制方程及本构关系方面均考虑气固系统内非均匀特性的影响,是一种逻辑自洽、完备地考虑了介尺度结构的全新连续介质模型;本研究拓展了结构双流体模型应用于鼓泡流化床的数值模拟,在构造控制方程时将系统划分成颗粒主导的乳化相和气体主导的气泡相这两类相互渗透的连续流体,同时构造本构关系时涉及的气泡直径、乳化相固含率及黏度等均考虑非均匀结构影响。模拟结果表明,结构双流体模型可成功预测鼓泡床系统内的气固流动特性,同时确定气泡直径影响稀/密相相间相互作用,对模拟结果影响显著。