液液传质界面扰动的实验研究

选用几种典型液液体系，对一相为膜流动时伴随有界面扰动的传质进行了研究．实验在类似湿壁塔的扩散槽中进行，利用激光全息干涉装置拍摄传质界面现象的全息图，分析界面扰动对传质速率的影响．获得了传质系数增强因子的关联式．

醋酸越过油水界面的传递──界面扰动对传质速率的影响

在类似湿壁塔的扩散槽中研究醋酸在正己烷和水之间的传递。利用激光全息干涉装置拍摄传质界面现象的全息图。分析界面扰动对传质速率的影响，并给出了传质增强因子的关联式。

单层膜界面上亚微米颗粒的阻力系数及扩散行为

微纳米颗粒是生物膜流变的测量探针及药物输运的载体,研究微纳米颗粒在膜上的流体力学阻力及扩散行为具有重要科学意义。已有研究针对嵌入膜内且与膜厚度相同的圆柱体(比拟单个磷脂/蛋白质分子)阻力系数开展研究,是一个二维流体力学问题。球形颗粒穿透膜伸入水相中,受力更加复杂。近几年,有研究发现当微米颗粒在纯水–空气界面上做布朗扩散时,阻力系数有分子热运动引起的界面扰动的贡献,这部分阻力与表面张力成正比。本论文在亚微米颗粒–单层生物膜界面实验中发现了类似现象。考虑到生物膜与纯水界面的不同力学特性及亚微米颗粒尺度,本文对表面张力进行了修正:一是加入膜的Maxwell黏弹性项,二是加入热力学毛细波波数项,进而区分微观分子纳米尺度与宏观尺度下表面张力的不同。实验结果表明:由阻力系数拟合得到的热力学毛细波波长恰好等于膜内磷脂分子间的平均间距,符合界面热力学扰动理论的描述;此外,当颗粒与膜内微米磷脂凝聚区域粘连时,粘连体整体所受的阻力几乎全部源自于凝聚区域,水相及膜内对颗粒施加的阻力贡献极小。

原油与化学驱油体系界面Marangoni对流实验研究

利用微观显微摄像系统研究了新疆油田石油磺酸盐(KPS)、Na2CO3及其复合体系与新疆原油接触后的界面变化特征。结果表明:KPS,Na2CO3及其复合体系与新疆原油接触后可以发生Marangoni对流,产生剧烈的界面扰动;Na2CO3与KPS在产生Marangoni对流过程中具有协同作用,低界面张力条件下Marangoni对流产生的界面扰动能够使原油自发乳化;聚合物的加入抑制了Marangoni对流。

二元驱油水界面Marangoni对流启动残余油机理

二元驱的Marangoni对流在启动油藏残余油方面有重要作用,研究其微观机理对更好地应用二元驱技术提高采收率具有重大意义。设计了验证Na_2CO_3溶液、KPA表活剂溶液及二者的二元驱溶液与原油接触后产生Marangoni对流效果的实验和利用能产生强Marangoni对流的二元驱进行微观仿真模型驱油的实验,分析了二元驱中油水界面Marangoni对流启动残余油微观机理。结果表明:Na_2CO_3溶液、KPA表活剂溶液及二元混合溶液与原油接触后都能产生Marangoni对流效果,且浓度越大,Marangoni对流效果越好;Na_2CO_3和KPA对于产生Marangoni对流有协同作用;1.2%Na_2CO_3和0.3%KPA二元驱产生的强Marangoni对流引起了界面扰动和自发乳化作用,对启动膜状、岛状和盲端等残余油均有显著效果。建议油田采用能够产生强Marangoni对流的二元驱。

中国科大在流体力学界面不稳定性方面取得进展

中国科学技术大学工程科学学院教授罗喜胜、陆夕云等在汇聚激波诱导的流体力学界面不稳定性研究方面取得突破性进展．在国际上首次通过实验得到了汇聚激波管中界面扰动的演化规律，发现在反射激波再次作用之前界面扰动会出现衰减，证明了在汇聚激波作用下存在轻重界面减速引起的Rayleigh-Taylor稳定性。

几种典型的流体动力学界面不稳定性问题数值模拟研究

流体动力学界面不稳定性通常分为3类：Richtmyer—Meshkov（RM）不稳定性、Rayleigh—Taylor（RT）不稳定性和Helmholtz—Kelvin（KH）不稳定性。在初始阶段，界面扰动缓慢增长；进入非线性阶段后。

界面初始扰动形态影响RM不稳定过程的数值研究

采用Navier-Stokes(NS)方程对激波诱导扰动界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定增长过程进行了二维数值模拟,分析了初始扰动条件对反射波前后界面扰动增长的影响,并与已有的模型预测结果进行了对比和分析。研究结果发现:单模初始的扰动振幅和扰动波长都直接影响反射波前后的界面增长速率;多模随机初始的扰动振幅和扰动波长对于反射波前后界面增长的影响没有单模扰动明显,其扰动增长行为均和单模大波长扰动的增长行为相似。

用浮阻力模型研究Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导混合

采用浮阻力模型对激波管低压缩和激光加载高压缩情况下的Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导混合现象进行了研究。通过与实验和理论分析结果进行比较发现：为了达到好的吻合,Richtmyer-Meshkov不稳定性情况下阻力系数的取值范围（2.0~5.36）比Rayleigh-Taylor不稳定性情况下的值（3.3~4.0）宽得多;而在Richtmyer-Meshkov不稳定性情况下,高压缩时阻力系数的不确定度（约为3.36）明显高于低压缩时的值（约为1.46）,模型的进一步完善还有待于更精确实验的验证。研究显示：指数律经验公式中指数随工况的不同而显著变化,目前工程设计中采用指数律经验公式是粗糙的。

基于Kelvin黏声介质的最小二乘品质因子线性反演

品质因子Q值是描述介质黏性大小最重要的物理量,准确获取地下介质Q值分布,是黏性介质叠前属性反演、地震波正演模拟及黏性介质偏移成像的基础。为此,基于迭代反演思想,将地下介质的黏滞性引入最小二乘框架中,对品质因子Q值进行线性反演,形成了一种基于多次迭代策略的Q值反演方法;通过简单Q模型、二维盐丘Q模型试算,验证了方法的正确性及适应性。研究结果表明,利用最小二乘迭代反演方法不仅可以得到地下Q值扰动界面,而且可以得到Q绝对值分布。

胜坨油田高温高盐油藏自发乳化驱提高采收率

通过乳化能力、油水界面张力测定优选出适合胜坨高温高盐油藏的碱/表面活性剂自发乳化体系,并通过驱油实验考察了自发乳化体系的驱油效果。结果表明,在2 g/L Na OH+2 g/L Na2CO3复合碱溶液中加入0.5 g/L表面活性剂B4,可使油/水界面张力达到超低,有助于油滴在界面扰动作用下发生自发乳化,形成乳状液。乳化体系在多孔介质的剪切作用下将油滴乳化,依靠乳滴在孔喉处聚并产生的贾敏效应,有效地降低了水油流度比,提高了波及系数和采收率。乳状液液滴的夹带作用可使油滴被驱替液携带着通过地层,提高洗油效率。但乳化夹带作用提高采收率和驱替压力的幅度不如乳化捕集作用显著。最佳的自乳化体系配方为:2 g/L B4+2 g/L Na OH+2 g/L Na2CO3,自发乳化驱采收率在水驱基础上可提高21.5%,采收率并未随着填砂管长度的延长而降低。

胜坨油田二区自发乳化驱油体系性能

针对胜坨油田高温高盐、水驱采收率低问题,开展适合胜坨油田二区油藏条件自发乳化驱油配方研究.采用乳化能力测试和油/水界面张力测量,对自发乳化驱油体系中的碱、表面活性剂的种类及质量浓度进行优化,并结合物模实验对优选出的配方进行驱油效果评价.结果表明:复合碱和表面活性剂的协同作用使油/水界面张力达到超低,并导致油滴在轻微界面扰动作用下自发乳化;表面活性剂静态吸附量较小,且油砂上的吸附量小于净砂上的吸附量;均质模型中,自发乳化体系与残余油在多孔介质剪切作用下形成乳状液,依靠乳状液液滴堵塞大孔喉产生的贾敏效应和分流作用,提高波及系数,同时伴随油带的形成,自发乳化驱的采收率在水驱基础上提高25%;非均质模型中,形成的乳状液不足以有效封堵高渗通道,而是被驱替液携带流出地层,驱油效果变差.

水力脉动波驱动微观剩余油实验与机理分析

为了明确水力脉动波驱动剩余油的微观机理,利用水力脉动微观可视化驱替装置开展水力脉动波驱动剩余油微观可视化实验。实验结果表明,对于水驱后残存的膜状、柱状、簇状、盲端4种剩余油类型,水力脉动波通过扰动油水界面,打破界面微平衡,使注入水侵入小孔道和盲孔与其中的剩余油接触,通过变形叠加效应将剩余油推动或剥离至主流通道,再由注入水携带驱出。其中,脉动频率主要影响簇状、盲端剩余油,频率为1 Hz的水力脉动波提高采收率效果最好;脉动振幅值主要影响膜状、柱状剩余油,振幅值越大,水力脉动波驱动剩余油越多;存在较低强度的续流压力和持压端压力可以促进脉动能量集中,大幅提高簇状剩余油的动用效果;温度升高会促进水力脉动波发挥其动用剩余油的作用,从而提高驱油效率。

过冷熔体中的树枝晶分枝机制模拟

采用胞元自动机方法,在综合考虑了成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性后,通过在界面上施加不同振幅和波长的扰动,对枝晶的分枝机制进行了模拟计算。模拟结果表明,在不同过冷度下,枝晶的分枝程度均会随扰动波长的变化出现一个峰值,而峰值所对应的波长则随过冷度的增大而减小,扰动振幅的变化不影响峰值波长。这一定性结果与界面稳定性理论的分析取得很好的一致。

液液传质的全息测量

本文介绍了摄制液液传质界面现象全息图的方法以及影响全息图记录质量的因素，为深入研究液液传质界面现象开辟了新途径．

约束空间内爆超压载荷影响因素二维数值模拟

[目的]为了研究炸药运动、初始界面扰动及网格尺寸对舱内爆炸超压载荷的影响规律,[方法]采用五阶WNEO有限差分格式、三阶TVD龙格—库塔法对二维可压缩欧拉方程的空间项和时间项进行数值离散,并基于Fortran平台,自主开发约束空间内爆炸波高精度数值计算程序,利用所开发的程序对舱内爆炸超压载荷的影响因素进行初步探讨。[结果]研究表明,增大炸药运动速度、选取特定的初始界面扰动、减小网格尺寸均能较明显地提高舱内爆炸冲击波峰值,但对准静态超压载荷的影响较小。[结论]研究结果可为抗爆结构设计及舱内爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。

流体可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定性影响机理分析

在等熵方程为压力是密度的任意单值函数形式情况下 ,分析了R T(Rayleigh Taylor)不稳定性中流体可压缩性的作用。在没有边界效应的条件下所作的分析表明 :在重力场作用下流体可压缩性形成的密度分布是R T不稳定性中的致稳因素 ,而扰动流体的膨胀 (收缩 )效应助长R T不稳定性的发展 ;上层重流体的可压缩性是稳定因素 ,而下层轻流体的可压缩性是失稳因素。从扰动发展驱动力和扰动带动的等效质量两个方面对该结论的物理机制进行了分析。

焊接熔池凝固组织中等轴晶生长的模拟

基于溶质扩散和界面能理论,考虑了成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性,采用元胞动机法对焊接熔池凝固过程中等轴晶生长进行了模拟。在模拟过程中,对液相中的溶质传输进行了计算,同时考虑了凝固过程中固相分数变化对溶质传输的影响,讨论了理想状态、不同过冷度、施加扰动对枝晶形貌及成分偏析的影响。模拟结果很好地再现了枝晶生长、界面扰动以及分枝的竞争演化,与理论相吻合。

烧蚀材料对辐射烧蚀驱动的Richtmyer-Meshkov不稳定性影响

在惯性约束聚变靶丸内爆过程中,辐射烧蚀所产生的冲击波经过带有扰动的界面时,会触发Richtmyer-Meshkov不稳定性。惯性约束聚变内爆靶丸一般使用掺杂的CH塑料或者掺杂的Be材料作为烧蚀层,为了探索Be和CH塑料烧蚀层对Richtmyer-Meshkov不稳定性抵抗能力,对界面预制单模正弦扰动的双层靶中Richtmyer-Meshkov不稳定性发展过程进行了理论分析与数值模拟。理论分析认为Richtmyer-Meshkov不稳定性线性增长率和X射线辐射温度、界面扰动波长、扰动振幅以及烧蚀层密度有较大关系。使用辐射流体力学程序对辐射温度高达100 eV的黑体谱X射线烧蚀界面带有扰动的双层靶进行了模拟。模拟结果表明,在相同的辐射烧蚀条件下,CH塑料/泡沫(CH/Foam)靶界面扰动增长比Be/Foam快,密度较大的Be对Richtmyer-Meshkov不稳定性具有更强的抵抗能力。该研究结果对惯性约束聚变内爆靶丸的设计具有重要的参考价值。

Rayleigh-Taylor不稳定性的SPH模拟

采用SPH方法模拟了流体界面的Rayleigh Taylor不稳定性,给出了界面初始扰动的发展过程,得到了蘑菇状的扰动图像,并对两种不同初始分布的扰动过程进行了比较。分析表明,计算结果合理,SPH方法适合于界面不稳定性的模拟。