咸水层CO_(2)残余埋存机理的微观数值模拟研究

基于矿场岩心铸体电镜扫描图生成的二值化图片建立二维气液两相渗流模型,利用相场法研究微观条件下CO_(2)的赋存状态与埋存机理,并分析了储层润湿性、气液两相界面张力及地层水回流速度等因素对CO_(2)残余埋存效果的影响。结果表明:当地层水回流后,CO_(2)被大量封存下来,此时CO_(2)赋存状态主要以柱状、孤滴状和盲端状为主;地层水回流时的速度对于残余气饱和度影响较大,而储层润湿性与气液两相界面张力对于残余气饱和度影响较小。此研究对于从微观角度认识CO_(2)残余埋存机理具有指导意义。

焊接过程宏微观数值模拟与仿真的研究现状

焊接过程的数值模拟与仿真是研究焊接热过程、焊接电弧行为、焊接熔池、焊接应力与变形、焊接结构疲劳与脆断、焊接接头力学性能、焊接接头微观组织、界面形成机理,以及焊接缺陷分析等问题的基础。借助计算机辅助技术对于焊接现象进行模拟研究,可以解决试验和实际生产中诸多的困难问题,对焊接过程控制和工艺优化等具有重要的指导价值。通过对目前国内外焊接领域关于焊接过程宏微观的数值模拟与仿真研究现状的分析,描述了焊接数值模拟技术的主要发展方向,并指出了一些研究中的热点问题,旨在为相关领域的研究工作者提供有效的帮助,开拓新的研究思路。

凝固过程微观数值模拟中的碰撞因子

通过数值计算与实验相结合的方法，对凝固过程微观数值模拟中碰撞因子的已有形式进行了分析、比较．在此基础上，提出了在固相体积分数（ｆｓ）大于π／６后采用阻［１－（ｆｓ－π／６）］４作为反映晶粒接触因素的碰撞因子是一种更合理的形式．经实验验证，在该形式下的模拟结果更接近于实际．

亚共晶灰铸铁非平衡凝固过程的微观数值模拟

根据亚共晶灰铸铁非平衡凝固过程的特点 ,提出了数值模拟其凝固组织的一套方法 ,其中主要包括奥氏体枝晶生长过程体积分数的计算以及晶粒接触因素的处理。该方法经以样杯中浇注的试块为对象进行实验验证 ,模拟得到的冷却曲线。

岩石孔隙内地下水流动的微观数值模拟研究

地下水流动的动力学行为对于污染物在地层中的迁移具有重要影响。通过对地下水在岩石孔隙中微观流动行为的研究,探索不同出人口位置及注人速度对地下水流动行为的影响。结果表明:岩石孔隙内地下水流动呈现出非均匀性及复杂性,孔隙的结构特征决定了局部流体的流动特征,盲端附近的孔隙通道流速较小,纵向分布的孔隙通道内流动行为受横向孔隙通道内流速的影响较大;人口流速的增大未对流体流动方向产生较大影响,但会引起岩石孔隙内地下水流动速度增加;出人口位置的变化会对岩石孔隙内地下水流动方向及速度大小产生较大影响。本研究从微观尺度人手,探究了入口速度和出人口位置对地下水在岩石孔隙通道内的流动行为,定量刻画了岩石孔隙中流体流动的时空分布特征。

灰铸铁非平衡凝固过程的微观数值模拟

根据灰铸铁非平衡凝固过程的特点，提出了数值模拟其凝固组织 的一套方法，其中主要包括奥氏体枝晶生长过程体积分数的计算以及晶粒接触因素的处理。 该方法经以样杯中浇注的试块为对象进行试验验证，模拟得到的冷却曲线、奥氏体体积分数 及共晶团体积粒子数均与实测结果取得了较好的一致。

微观驱油实验数值模拟方法

针对化学驱微观驱油物理实验条件和方法,引入Cahn-Hilliard相场方程来描述油水两相的相分离行为,结合其他守恒方程建立了数学模型,提出了基于有限元方法计算多孔介质内两相流体渗流的微观数值模拟方法。通过对比聚合物/表面活性剂的二元复合驱实验结果,验证了该模拟方法的正确性,并结合数值模拟结果进一步分析二元复合驱的驱油机理和影响因素。结果表明,该方法将微观驱油物理实验与数值模拟实验结合,从多角度进一步揭示了微观驱油机理。

单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程,建立了单相台金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型,模型中考虑了成分过冷、曲率过冷和各向异性等重要因素.数值模拟结果表明,所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状→等轴晶转变物理过程,温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理.自由枝晶生长过程的模拟结果表明,各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响:强各向异性趋于得到分支发达的树型结构,内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇;而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构.模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池,这有助于揭示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因.

含水合物沉积物孔隙结构特征与微观渗流模拟研究

含水合物沉积物孔隙结构特征分析和微观渗流模拟是水合物研究的基础性、关键性工作,对深入理解沉积物中水合物的分解机理、储层渗流机理和开采机理有十分重要的意义。总结了国内外含水合物沉积物的微观孔隙探测方法,对比分析了多种微观探测技术应用在水合物研究中的技术特点;重点分析了计算机断层扫描(CT)、扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振成像(MRI)技术在含水合物沉积物孔隙结构研究中的应用现状;简述了利用微观数值模拟方法进行含水合物沉积物渗流分析的研究进展;在此基础上,展望了含水合物沉积物孔隙特征分析和微观渗流模拟研究的未来方向和挑战。

合金凝固传热传质宏微观耦合数值研究及验证

建立了描述二元合金凝固的平面枝晶一维微观偏析数学模型,考虑溶质在固相中有限扩散,在液相中完全扩散。通过数值模拟,分析比较了A l-Cu和F e-C合金的微观偏析特性。同时,进一步将微观数值模型与宏观凝固实验的传热传质数学模型相耦合,实现了凝固宏微观复合尺度的全数值模拟。研究表明,数值计算结果与实验数据吻合良好,证明微观模型能较准确地反映微观质量传输并能可靠地与宏观相变传热传质模型相耦合。此外,从微观到宏观的计算结果都说明F e-C合金的凝固过程几乎接近平衡凝固。

搅拌槽反应器内宏观和微观混合及过程强化

搅拌槽反应器广泛应用于石油、化工、制药、冶金等过程工业中,这些过程大都涉及复杂快反应,往往属于混合传递控制的多相过程,反应收率、产品分布和质量等与搅拌槽内流体流动和混合状况密切相关。通过研究各因素对混合产生的影响规律,可以指导搅拌槽的实际生产操作,以达到强化混合的目的。因此,对搅拌槽内宏观和微观混合特性的研究,对反应器的优化设计、工程放大和过程强化具有重要的意义。本工作从实验研究和数值模拟两方面对搅拌槽反应器内的宏观、微观混合及其过程强化的研究进展进行了综述,依据目前的研究现状及存在的问题,对今后的研究方向进行了展望。