成矿流体输运物理机制研究的关键难题与方法体系

流体的物质来源 ,流体活化→迁移→聚集→沉淀过程的化学机理 ,流体输运与定位过程的物理机制 ,可视为构造—流体—成矿系统这一课题研究中的主要问题。相对于前两个基本方面的研究进展而言 ,流体的输运与定位过程的物理机制仍然是矿床学研究中一个重要难题。流体输运物理规律的研究方法主要包括定性分析、定量模拟和相似物理实验等。定性分析主要是对大量地质现象的高度概括和科学升华 ,分析结果表明成矿流体 ,尤其是多相热流体在给定三维动态形变场中的运移趋势及定位规律是成矿流体输运物理机制研究的关键问题 ;但由于逻辑推理和经验判断在定性研究中扮演了重要角色 ,定性研究的结果显得抽象和过于概略 ,不能详尽地阐明流体输运的物理过程。而定量模拟难以把握成矿期介质渗透率及成矿应力场的动态变化 ,使其与实际地质对象在物理性质上具有一定差距。物理实验虽能处理二维动态构造形变场中流体输运问题 ,但由于实验条件的限制 ,难以处理三维空间内流体运移问题。因而 ,上述 3种研究手段优势互补 ,它们的交错应用及结论间的相互对比与验证 ,将有望解决流体输运与定位过程物理机制研究中的重要问题。

热液系统流体输运－化学反应耦合动力学综述

输运－反应模式通过连续质量守恒方程进行描述，它表示为主要组分的Ｎ＋Ｍ个耦合的非线性偏微分方程。这些方程可以通过有限差分或有限元等数值方法进行求解。利用准静态近似法，涉及平流、分子扩散和水动力弥散作用的地球化学系统的演化在时间上通过一系列静止状态模拟出来。模拟实际地质系统的动力学实验对输运－反应耦合动力学的应用具有十分重要的影响。

流体输运、化学反应与交代作用

在成矿及变质作用过程中，流体运移促使热量发生传输及周围岩石发生化学反应和交代作用。流体输运—化学反应耦合动力学方程能定量评价热液系统组分浓度、温度和流量函数的时空演化。对于区域变质和交代韧性断裂带等变质系统，还可通过流体运移方向和时间积分流体通量来定量描述流体输运—化学反应耦合过程。变质地体中水力破裂的形成与流体运移和失挥发分反应耦合过程有关。

非对称电极交流电热泵的流体输运及混合

为满足微流控芯片在化学分析、细胞培养、药物测试等领域中流体驱动与混合的需要,对传统经典非对称交流电热泵进行改进,提出多种样式具有混合功能的非对称电极交流电热泵.通过COMSOL三维建模,对不同种类的电热泵在不同电压下的输运效率、温度和混合效率进行定性及定量分析,并对其中混合效率最高的交替倾斜偏向电极的角度偏转参数进行讨论.结果表明:几种改进的非对称电极交流电热泵可实现输运与混合双功能,其中倾斜交替偏向电极的混合效率明显优于其他样式;在有限的区域内以25°倾斜度时交替偏向电极的混合效率最高,此时在有效值为7.070 V交流电压下,泵送速度可达69.53μm/s,比传统无混合功能的非对称交流电热泵速度67.16μm/s高出3.5%.

流体输运公式的数学分析方法

文章介绍了流体输运公式的传统推导方法,即微分极限定义的方法,并给出了由沈阳大学研究的全微分多重积分变换的方法。文中对两种方法进行了比较,利用流体输运公式给出了恒定流连续性方程、能量方程及动量方程。

用拉格朗日相关结构研究圆盘启动过程的流体输运

利用粒子成像测速(PIV)技术,得到了圆盘启动涡环流场的速度分布和涡量分布。圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场(Finit-time Lyapunov exponents,FTLE)以及拉格朗日相关结构(Lagrangian coherent structures,LCS)被计算出来。基于圆盘启动涡环流场的有限时间李雅普诺夫指数场以及拉格朗日相关结构,通过跟踪流体质点,对圆盘启动涡环流场的输运情况进行了分析。在圆盘启动涡环形成过程中,流体发现被圆盘和相互排斥的拉格朗日相关结构分成三部分。剪切流窗口(vorticity-flux window)被发现,涡量流通过剪切流窗口进入涡核。涡环的非定常边界被确定,它由相互排斥的拉格朗日相关结构背风面、圆盘以及剪切流窗口组成。

基于声表面波技术数字微流体基片间输运研究

复杂的生化分析系统往往很难集成于一个微流基片中,而按功能分别集成于两个或多个基片,为此,需要实现质荷在两基片间输运。提出了采用声表面波技术实现数字微流体在压电基片和玻璃基片间输运的新方法,它在128°YX-LiNbO3基片上光刻一个叉指换能器和一个反射栅,经功率放大器放大后频率为27.5 MHz的RF信号加到叉指换能器上,它激发的声表面波驱动其声路径上的数字微流体,使其按声传播方向快速运动,并到达与其相连接且经疏水处理的弧形聚合物表面,数字微流体由于自身重力克服表面张力作用沿弧形聚合物表面滑落到玻璃基片,实现两基片间输运。实验结果表明弧形聚合物曲率半径和微流体体积的大小影响其在两基片间输运。同时,提出了较小体积的微流体采用不相溶的油作为辅助微流体实现目标数字微流体在两基片间输运。

输运流体海洋立管的动力特性

从流体的动量方程出发,考虑流体和管道的耦合,推导出输运流体海洋立管的偏微分运动方程。用Hermite插值函数和Galerkin法离散运动方程建立海洋立管动力运动的有限元模型。然后,利用该模型研究管内气柱流对固有频率的影响。计算结果表明:立管内出现气柱流时,固有频率随气柱位置的不同而明显变化。

《化工过程及设备》流体流动与输送教学中的一点体会

《化工过程及设备》是中职院校轻工类专业必修的一门基础课程,流体流动与输送章节中的伯努利方程是其重点和难点.本文结合教学实践,分析了流体流动与输送教学中存在的问题,阐述了如何对伯努利方程进行讲解,并结合自行设计的实验加深学生对伯努利方程的理解.

单气泡上浮运动的层析PIV实验研究

为了揭示上浮过程中的尾流涡结构及其与气泡之间的相互作用,分别采用阴影图像法和层析PIV技术,对单个气泡在静止水中自由Z字型上浮的过程进行了实验研究,得到气泡的形状、运动和三维的尾流速度场。采用λci涡判据和有限时间李雅普诺夫指数(Finite-time Lyapunov exponent,FTLE),从速度场识别出三维的尾流涡结构和二维的拉格朗日拟序结构。结果表明,Z字型上浮过程中,气泡周围环绕有涡环,涡环会沿运动路径脱落交替的、方向相反的发卡涡;单个发卡涡脱落过程中,气泡底部的FTLE脊线会形成一个位置不对称的流量窗口。由此可得到结论:发卡涡的周期性脱落,使涡环相对于气泡的对称性被周期性交替破坏,导致气泡形成Z字型周期运动;单个发卡涡脱落过程中,涡环两侧各自对发卡涡的流体输运存在差异。

松辽盆地古龙页岩油人工油藏的动态模拟及预测

古龙页岩油为陆相原生原储型油气藏,发育微米孔、纳米孔和页理缝,大规模改造后形成了流体传输机制复杂的"人工油藏"。页岩油储层孔渗极低,常规实验方法很难获得准确的孔隙度、渗透率、饱和度、相渗曲线、压裂缝网参数等数据,目前,基于前期探评工作对储层性质和改造效果的认识,可把这种油藏看成一个灰箱系统,为精细描述各压裂段内流体输运机制,运用CMG软件建立了井A1的"一簇一网格"的单井地质模型,通过拟合稳定生产气油比的复配流体PVT实验数据,建立了体相流体组分模型。运用LS-LGR-DK裂缝刻画技术实现了人工主缝及改造次缝的刻画,探索了压实作用、气相非达西效应、纳米孔隙流体相态对产能的影响,在实现压裂液注入模拟的基础上,通过对典型井返排和生产历史的模拟拟合,反演了储渗性质、输运机制及参数,分析油气产量特征及影响因素,认识开发早期规律,预测了EUR(估算最终可采储量)。初步探索出了页岩油数值模拟方法和流程,研究成果为古龙页岩油开发设计优化提供了一定的支持。

泵液系统能量利用性分析与研究

以工程学的观点审视能量学分析,提出对于大多数具有"流体运输系统"功能的泵与风机系统应以"单位体积流体输送能耗量"即能耗系数作为能量利用性评价指标的新观点,并在此基础上讨论了系统数学模型构建等相关的设计与运行优化问题。

用B2程序模拟HL-2A装置附着状态等离子体

用大型边缘多流体二维等离子体输运数值模拟程序B2模拟了HL 2A装置外偏滤器以及与之相连的刮削层内的等离子体。在不同的中心密度运行区,纯氢放电的HL 2A偏滤器可以形成不同的再循环运行模式,即线性或高再循环模式。通过控制模拟刮削层与芯部等离子体交界面处的等离子体参数,可实现对HL 2A装置再循环模式的控制。

液体在单根纳米管表面上的输运

文章研究了在单根纳米管表面上形成的分子级液膜的传输现象.实验发现,厚度在~10量级的表面流体在表面力的驱动下沿纳米管以恒定的速度(~10μm/s)和容量流速(~10 al/s)流动.容量流速Q与纳米管直径d之间成幂函数关系,Q^d2.4.此结果对实现用纳米管作为液体输运器件具有指导意义.

核物理与等离子体物理——核物理与等离子体物理学科研究进展

编制了一个新的三维光路程序，可以计算任意方向的光线通过网络的轨迹，程序将更准确地模拟真实激光光束在柱型腔靶中的三维传播。设计了平板、球体、柱体等几何体计算模型，通过一系列的检验和考察，证明了程序计算的光路轨迹的可靠性。

CH薄膜非平衡辐射烧蚀的特性

用一维多群辐射输运流体力学RDMG程序数值模拟研究了非平衡辐射烧蚀CH薄膜的特性和规律。在数值模拟时，分别选取由神光Ⅱ实验给出的黑腔辐射场不同时刻的谱分布和等效辐射温度TR随时间变化的曲线，由TR(t)=(4R(t)／ac)^1/4，其中，c是光速，a=4σ/c=7．57×10^-15erg／(cm^3·K^4)，σ是斯特藩-波尔兹曼常数。)给出每时刻相应的辐射流FR，然后以5个时刻的谱为基准进行插值，给出相应时刻的非平衡烧蚀驱动能源的辐射流谱。

分子动力学模拟中数值计算方法对液态氩模型应用比较

介绍了分子动力学模拟中常用的几种积分计算方法及其精度。为比较积分计算方法对分子动力学模拟结果的影响,通过模拟液态氩为介质的流体模型,比较了不同数值计算方法下所算得的输运系数结果。为不同情况下分子动力学数值计算方法的正确选择提供了参考。

基于拉格朗日拟序结构的局部激励流动分离控制有效性分析方法

从流体输运角度提出了用于局部周期激励流动分离控制有效性研究的数值分析方法。基于有限时间不变流形理论建立用于非定常流动的流体输运分析方法,并采用数值方法从非定常流场中提取得到吸引拉格朗日拟序结构(LCSs)和排斥LCSs描述流体输运行为。通过对局部周期激励的流动分离控制规律的研究,结果表明存在三种与激励频率相关的影响翼型气动特性的流体输运模式,其中在锁频激励下吸引LCSs在前缘形成的尖楔结构有效增强主流与分离区流体的物质交换,减小翼面流动分离区的面积,显著提高翼型升力。

2DMD应用于微通道内气体流动研究

为了将2DMD(二维分子动力学)方法应用于微通道内气体流动的研究,以平衡状态气体分子速度的分布函数为基础,得到了分子平均速率、平均碰撞频率、平均自由程和动力黏度的理论形式,以及二维体系气体流动的滑移边界条件.在此基础上,应用2DMD方法模拟了气体在亚微米通道内的滑移流动,并与3D模拟的计算结果和计算量进行了对比分析.