随着邦德数减小球体入水空泡闭合类型的探究

入水空泡的演化在自然界和工程领域中出现了有趣的动态现象.由于很难推动一个小球高速撞击水面,因此空泡的演化和闭合类型在Bo小于10−2时仍未得到解决.在本研究中,进行了一个基于激光驱动原理的实验,可将小球体加速到数百米每秒.在1~7.57×10^(-2)的Bo范围内,空泡闭合类型可分为准静态、浅闭合、深闭合和表面闭合.通过分析空泡颈部的横截面特征,研究了从浅闭合到深闭合的过渡机制.随着Bo值的进一步降低(5.69×10^(-2)~8.41×10^(-3)),浅闭合直接转变为表面闭合,因为颈部横截面的夹断时间随着Bo值的降低而降低,因此,深闭合消失了.最后,通过改变We和Bo进行参数研究,得到了两个边界.We≈64是准静态和浅闭合之间的过渡,We≈326是浅闭合和表面闭合之间的过渡.

人工气顶形成评价理论方法与参数界限研究

高角度构造油藏可采用人工气顶驱的方式开采局部富集剩余油,气顶的形成界限是影响人工气顶驱可行性的重要因素。为明确人工气顶形成的理论界限,依据多孔介质中气泡的受力特征,建立气泡微观控制模型,开展了模型主控因素敏感性分析,明确了室内模拟和油藏条件下氮气驱水和氮气驱油时人工气顶形成所需最小气柱高度。研究结果表明:人工气顶生成所需最小气柱高度随界面张力、油藏压力和毛管力与质量力反方向的夹角增大而增大,随渗透率、密度差和地层倾角增大而减小,降低界面张力是人工气顶形成的关键。室内实验条件下,氮气驱油最小气柱高度为65.4 cm,氮气驱水最小气柱高度为86.9 cm;油藏条件下,氮气驱油最小气柱高度为42.9 cm,氮气驱水最小气柱高度为93.5 cm,气泡启动所需的临界气柱高度远大于长岩心尺度。研究结果为相关油气田的开发和生产提供技术支持和理论指导。

电场作用下的气泡生长动力学特性实验研究

采用高速摄像技术对非均匀电场作用下气泡在无水乙醇中的动力学行为进行可视化研究,结合量纲一化分析,重点研究气体流量和施加电压对气泡生长特性的影响。研究结果表明:气泡的生长过程在无电场和低电场强度下包含成核、稳定增长及颈缩3个阶段,其中稳定增长阶段在高电场强度下难以出现;随雷诺数(Re)和电邦德数(Bo)增大,气泡生长周期缩短,脱离频率和脱离速度加快。以气泡半径表征的气泡动力学特性主要取决于Bo,受Re影响较小;以纵横比(E)表征气泡形态,在无电场情况下,气泡在不同成长阶段对应的E演化特征区别明显,在高Bo条件下,随着电场强度在竖直方向上的快速衰减,E先快速增大而后平稳发展。

基于格子Boltzmann方法的通道内液滴驱替研究

用多相多组分格子Boltzmann模型中的伪势模型对单通道中壁面上液滴驱替进行模拟。主要目的是研究液滴与其外部流体分子质量比对驱替过程及临界邦德数的影响。首先用伪势模型模拟静态气泡,模拟结果与Young-Laplace定律吻合验证了模型的正确性。然后考虑流体与壁面作用力,对壁面上静态液滴润湿性进行模拟,得到参数g0w与接触角的关系。最后取g0w=0.04即液滴为接触角110°的非润湿性流体,加入质量力,考察液滴与其外部流体分子质量比不同时液滴驱替情况。模拟结果表明,当分子质量比增大时,液滴的界面张力减小,使液滴脱落的临界质量力减小,而临界邦德数增大。

蒸气萃取过程中稠油-溶剂表面张力对重力泄油的影响

蒸气萃取方法是一种在开采稠油和沥青方面经济上可行、环境上可接受的极有潜力的方法。虽然已经有人进行了一系列的实验室实验来研究蒸气萃取过程,但是仍然没有弄清楚蒸气萃取过程中重力泄油的采收机理。本文采用实验和理论相结合的方法来研究重力和毛管力在蒸气萃取过程中对重力泄油的影响。首先,应用悬滴实验中的轴对称液滴形状分析技术,在低于各自蒸气压的条件下,测量了不同压力下稠油样品与四种不同的溶剂(甲烷、乙烷、丙烷和二氧化碳)之间的界面张力。其次,分别计算了在稠油油藏和填砂物理模型中蒸气萃取过程的邦德数。结果发现在测试的四个稠油-溶剂系统中,稠油和溶剂间的界面张力随着压力的降低呈线性关系减小,相应的邦德数随着压力增加而增加。邦德数的增加表明重力对蒸气萃取过程作用相对增大,从而提高了采收率。

建立微尺度蒸发冷凝的通用准则

蒸发冷却模式以及微换热器,是最具有潜力的冷却高热流密度电子器件的方法之一。总结和研究微尺度蒸发冷凝相变机理,是本文研究目的。我们在参阅大量文献和提取大量精确数据的基础上,发现了新的区分常规通道与微通道的临界准则Bo×Re_1^(0.5)=200;在此基础上,我们归纳出了新的预测微通道压降、传热系数和临界热流量的关联式,与以前的关联式相比,新的关联式能更好地预测微通道数据。