非流体介质中多环芳烃污染的微生物固定化修复技术

非流体介质中多环芳烃(PAHs)污染的修复是目前环境工作者所面临的艰巨而紧迫的任务.由于非流体介质环境的特殊性,常规修复方法难以高效地发挥作用,传统微生物修复技术采用的游离微生物也存在许多弊端.而微生物固定化能大幅度地提高参加反应的微生物浓度,避免优势菌受土著菌的恶性竞争,增强微生物的耐环境冲击性.微生物固定化技术在一定程度上克服了传统工艺的不足,因而广泛应用于流体介质(废水等)和半流体介质(泥浆等)环境污染的修复.在概述固定化微生物技术的特点和分析国内外研究进展的基础上,指出将该技术应用于非流体介质中PAHs污染的原位修复领域的可行性,并论述了需要解决的关键科学问题,提出了利用微生物固定化技术修复非流体介质中PAHs污染的未来研究课题.

纳木措湖入水口河流烟羽的流体静力学和非流体静力学研究

文章通过σ坐标系的非静力学数值海洋模型,即卑尔根海洋模型(Bergen Ocean Model),对纳木措湖中入水河流的烟羽动力进行研究。同时,提供层化的纳木措湖中进行模拟实验的结果。

非流体静力学体系的热力学简述

按照弹性理论。

湿润大气中锋生的非流体静力模拟

1.引言在过去二十年间,大量观测已揭示出伴随锋面系统的带状降水结构.这些研究强调指出,千差万别的天气现象是发生在锋面系统内包含的不同时空尺度上.因此对降水带的理解和预报,是一项困难的工作.半地转理论(Hoskins和Bretherton,1972)是当今全面阐述锋生过程的最合适的基本构想.为改进对锋面的描述,通过显式模拟对流和大尺度气流,用非流体静力云模式(Redelsperger和Sommeria,1986)对由切变引起的锋生,进行二维高分辨率(5km)模拟.

非牛顿流体在叶片式静态混合器中的传热强化特性

非牛顿流体在化学、食品和材料等领域具有关键作用,但高表观黏度使其通常具有低传热特性。叶片式静态混合器作为一种高效的传热强化设备,在化工过程强化中具有鲜明的技术特色。本文针对非牛顿流体在Kenics静态混合器(KSM)和Lightnin静态混合器(LSM)内的流动和传热特性进行了比较研究。重点分析了体积流量、元件长径比及流体浓度等参数对羧甲基纤维素(CMC)幂律流体的流动及传热影响。结果表明,在相同工况下,随着CMC溶液的体积流量增大,管道内的换热系数和压降均增大。静态混合元件的插入使得换热系数和压降显著提高且Lightnin元件产生的影响更明显。元件长径比和CMC溶液浓度影响流体在管道内的流动和换热。随着长径比的减小,传热性能得到提高,但其增大的阻力系数影响占据主导地位,综合换热性能系数(PEC)降低。溶液浓度的增大使得管道换热能力逐步削弱,并对管道内压降的提升有显著影响,综合换热性能降低。总结得出,在体积流量为4.5×10^(-4)m^(3)/s,质量分数为0.374%、长径比为3.0时,KSM的PEC最大为2.114。

非均匀流体的体积黏度:Maxwell弛豫模型

基于黏弹力学中的Maxwell弛豫理论,提出一种新颖的、可用于计算非均匀体积黏度的理论方法.该方法通过体相流体的黏性和弹性特征来计算体系的局域弛豫时间,进而结合体系的局域弛豫模量来计算体积黏度的非均匀分布.作为应用,计算了受限于平行狭缝中的Lennard-Jones流体的非均匀体积黏度,系统地研究了体密度、温度、缝宽和吸附强度等因素对体积黏度的影响.结果表明,上述因素的变化均可显著地调制狭缝中流体的体积黏度.其中,体密度和吸附强度的增大均有益于体积黏度的增强,而温度的升高将则会削弱其体积黏度.此外,毛细凝聚的发生也对受限流体的体积黏度具有显著的调制作用.

土体颗粒物流动物质点法模拟的弹塑性和非牛顿流体本构模型比较研究

土体颗粒物流动是一种典型的大变形破坏,具有非牛顿流体的流动特征。准确模拟土体颗粒物的流动及冲击过程,对滑坡和泥石流等地质灾害的防治具有重要意义。物质点法是一种无网格粒子类方法,已在各类大变形问题中得到了广泛应用。以往土体颗粒物流动的模拟,通常采用弹塑性本构模型,但缺乏对非牛顿本构模型的模拟分析。本文引入非牛顿本构模型的模拟分析,旨在为土体颗粒物流动模拟提供一种新的方法与思路。非牛顿本构模型的模拟分析是将非牛顿广义Cross模型引入三维物质点法,通过人工阻尼力模拟颗粒间的摩擦力,对土体颗粒物的坍塌、沿斜面滑动以及冲击障碍物等问题进行了动态模拟,研究了其运动全过程,并与弹塑性本构模型的模拟结果进行了对比验证。结果表明,基于非牛顿流体本构模型的物质点法可以较好地模拟土体颗粒物加速、减速到再次稳定的流动全过程及其对障碍物的冲击效应。

机械搅拌对非牛顿流体速度场与温度场影响的研究

热沙浴所用沙是一种非牛顿流体,高表观黏度使其传热特性较低,对其均匀加热带来不便。该文使用计算流体动力学分析了不同转速下三根螺旋搅拌轴对沙体产生的流动特征,研究了搅拌轴转速、离底高度、轴间距等结构参数对搅拌过程中速度场、温度场、有效搅拌体积分数、加热时间等的影响。研究结果表明:沙体有效搅拌体积分数随转速的增大而增大;未搅拌时沙体受热后的最大温差为10℃,而当有效搅拌体积分数最高时沙体受热最大温差为3℃;螺旋搅拌轴在初始安装位置转速为40r/min时,将Z=23cm平面加热到42~45℃所需时间为10 h,与静态加热相比,加热速率提高了120%,调整安装位置后加热时间缩短至8 h,加热速率提高了175%,缩短了加热时间,消除了热量分布不均问题。

新型非牛顿流体减振器对滚筒洗衣机减振降噪效果的研究

滚筒洗衣机通常采用的摩擦式减振器在低载荷高频脱水时减振效果不理想,导致了洗衣机机壳产生了剧烈振动。针对这一问题,该文提出了一种新型非牛顿流体变阻尼减振器,基于非牛顿流体剪切稀化特性和阻尼器孔内一维黏性流动方程研究了其对洗衣机运行时的振动抑制效果及物理机制。相对传统的固态摩擦式减振器,非牛顿流体具有明显的剪切稀化特性,使得在高频工况下非牛顿流体变阻尼减振器的输出阻尼力显著减小,克服了传统减振器高频表观弹性系数增大的缺陷。系统研究了不同结构参数的减振器对洗衣机低负载偏心运行下的减振作用,证明了较小的间隙高度更有利于振动能量的耗散,适当增大非牛顿流体的黏度或增加阻尼头的数量可以增强振动抑制效果,同时也可以起到良好的降噪功效。结果表明,通过合理的阻尼结构设计与非牛顿流体配比,变阻尼减振器可以对洗衣机整个洗涤过程尤其是高频甩干环节产生良好的减振效果,加速度衰减比最高可达83.49%,能量衰减了98.44%,噪音降低了10.38 dB。

考虑启动压力的非牛顿幂律流体产能计算新方法

针对现有稠油油藏非牛顿幂律流体的产能计算方法缺乏实用性的问题,基于非牛顿幂律流体的产能公式,考虑非牛顿幂律流体特性和启动压力梯度,建立了稠油油藏产能计算新方法。根据幂律流体径向稳定渗流模型建立定向井产量模型,结合Joshi水平井产能公式,利用儒柯夫斯基变换将平面椭圆流变换为平面径向流,并根据水电相似原理的等值渗流阻力法,推导建立了考虑启动压力梯度的非牛顿幂律流体的水平井产能新公式。矿场应用表明,新方法计算结果与现场实际生产结果对比,误差均小于10%,在允许误差范围内,满足生产需求,具有较好的实用性。新方法为同类型油藏的产能评价提供了一定的技术借鉴。

非牛顿流体滩涂钢板桩围堰泄漏量分析

以非牛顿流体淤泥为介质,采用ANSYS Fluent软件,对滩涂埋地管道抢修围堰不同位置的泄漏量进行研究,得到稠度系数、幂律指数、缝隙尺寸对围堰泄漏量的影响规律,并对围堰内部淤泥每小时上升高度进行了计算。结果表明:幂律指数小于1时,发生剪切稀化,淤泥表观黏度随剪切应变率的增加而降低;随着幂律指数的增大,泄漏量逐渐增加,淤泥表观黏度随幂律指数的增大而降低,尤其是幂律指数大于1时,泄漏量进一步增加,说明流体流动过程中剪切应变率小于1。稠度系数增大时,围堰的泄漏量逐渐降低;缝隙尺寸增加时,围堰的泄漏量显著增大。当幂律指数为0.3~0.5、稠度系数为3~9 kPa·s、缝隙尺寸为5~10 mm时,围堰内部淤泥上升的总高度对围堰内部施工影响很小。

非牛顿流体气泡羽流涡特性数值模拟研究

为进一步探究非牛顿流体中气液两相流流动特性规律,采用大涡模拟方法(LES)对非牛顿流体气泡羽流的涡特性进行研究。以清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液为研究对象,分析不同表观气速和液相流变特性下气体的运动速度、羽流结构、涡量及涡的演变规律。研究结果表明,涡的演变速率随非牛顿流体浓度的增加而减小。结合Q判据分析不同工况下涡特性分布,随着CMC水溶液浓度的增加流场中的Q值不断降低,且流场内涡的演变速率随着非牛顿流体特性的增加而减弱。

T型微通道入口角度对剪切变稀流体微液滴制备影响

为了研究T型微通道入口角度对非牛顿微液滴制备影响,采用流体体积(VOF)模型对聚丙烯酰胺水溶液微液滴形成过程进行数值模拟,开展高速数码显微实验对数值模拟结果进行验证。结果表明:在相同工况条件下,非牛顿微液滴生成频率随着分散相入口角度的增大呈先增大后减小的趋势,相对长度呈现先减小后增大的趋势。在入口角度小于90°时,随着入口角度的增加,微通道内两相平均压差、液滴断裂时刻两相压差最低值随之升高,在入口角度大于90°时,上述压差则随着入口角度的增加而降低。考虑两相体积流量比与连续相毛细数并引入关于分散相入口角度的修正系数,提出聚丙烯酰胺水溶液微液滴相对长度预测公式,为剪切变稀流体微液滴制备提供参考。

基于孔隙网络模型的非牛顿流体驱替模式研究

本文提出了一种考虑了流体可压缩性与非牛顿流体剪切流变性的非稳态孔隙网络模型,用以研究非混相驱替中的毛管指进、黏性指进和两者之间的过渡区这三种不同的驱替模式.通过在孔隙网络模型中饱和非牛顿流体,研究不同注入毛管数和不同黏度比情况下的注水驱替模式.结果表明,非稳态孔隙网络模型可以模拟再现三种不同的流体驱替模式,并提出特征前缘流量用于区分三种驱替模式.毛管指进的入口压力的相对波动较大且手指的无序生长会抑制前缘的移动速度,因此特征前缘流量变化较小.黏性指进会抑制指进横向生长和向入口方向的流动,入口压力在突破时快速降低.在过渡区,驱替流体倾向于占据由更大半径孔喉组成的少量路径,并以更大的特征流量向出口处快速突破,导致更细的手指与较低的驱替效率.本文还对比了被驱替相为牛顿流体时的情况.结果表明,剪切流变性会减弱被驱替相黏性阻力的影响,从而使得过渡区的范围更宽.本研究有助于更好地研究复杂流体间黏性力与毛管力对驱替模式的影响,对于提高油气采收率和二氧化碳地质封存效率具有现实意义.

动压辅助非牛顿流体抛光工具设计与工艺研究

针对非牛顿流体磨盘抛光材料去除率较低且不均匀的问题,开展动压辅助非牛顿流体抛光工具设计与工艺研究。通过增加压力可控的中心供液,形成动压液膜,实现动压辅助非牛顿流体抛光工具设计;分析填充材料Silly-putty力学特性,对传统磨盘抛光工况进行数值仿真;基于FLUENT分析动压辅助后抛光工具供液压力对加工区域液膜动压场、总压场和速度场的影响;基于Preston假设构建材料去除函数模型。对304不锈钢工件展开抛光工艺验证实验,结果表明:通过压力可控中心供液,可有效提高材料去除率及其均匀性;当供液压力为0.8 MPa、转速为1200 r/min、进给速度为6 mm/s时可获得最佳表面粗糙度(Ra=19 nm)和材料去除率(2.431 mg/min)。实验结果证明,动压辅助非牛顿流体抛光工具可有效提高抛光质量与效率,改善材料去除均匀性。

非均匀流体介质内部散射声场重建的逐层计算方法

入射声波激励下非均匀流体介质内部散射声场的重建方法对超声层析成像具有重要意义。以往采用矩量法求解,但该方法全域离散形成的复数满秩矩阵规模随着分辨率与计算精度的提高急剧增大,对算力具有很高的要求,一定程度上限制了其在实际中的应用。为克服上述缺陷,以逐层离散、逐层计算为核心思想,以声散射基本公式与近场声全息理论为基础,推导出逐层计算非均匀流体介质内部散射声场的理论公式并给出对应的几何离散模型。为验证该方法的可行性,以矩量法为参照,对同样的介质模型进行介质内部声场重构仿真。结果表明,逐层算法不仅可以有效地重建非均匀流体介质内部散射声场,且大幅度减小了求解规模。

含蜡原油非牛顿流体黏度特性的分子动力学模拟

中国盛产含蜡原油,含蜡原油的表观黏度是其管道输送工程中重要基础物性参数。为探究含蜡原油降温剪切过程中非牛顿流体黏度变化的微观机理,用分子动力学模拟进行研究。通过计算分析同种分子的径向分布函数,发现在剪切作用下蜡晶分子的变化是影响含蜡原油黏度的主要原因;通过分析均方位移,发现在剪切作用下体系的扩散程度增加,宏观表现为剪切稀释性;通过分析键长和回转半径,认知在剪切作用下含蜡原油出现剪切稀释现象是由于分子键长的振动长时间受到限制,导致溶液的网状结构发生变化,分子链进一步拉伸变形,体系的黏度下降;同时,验证了利用Rouse Model方法模拟含蜡原油的黏温曲线是可行的。

基于非牛顿流体的体外反搏下冠状动脉血流动力学研究

目的:基于心血管患者的冠状动脉血管模型与血液的非牛顿黏性特征,通过计算和分析血管内血液流动的各个动力学参数,探讨增强型体外反搏对冠状动脉狭窄处血流动力学的影响。方法:基于心血管患者冠状动脉造影的CT图像,用Mimics软件对左冠状动脉及其主要分支进行三维重建;利用有限元方法,对冠状动脉模型进行流体力学计算。假设血管壁不发生变形,血液为不可压缩流体,血液黏性符合非牛顿流体规律,分别计算在体外反搏前和处于体外反搏时,在非定常速度进口的条件下的血流动力学参数的变化规律。结果:相对于体外反搏前,在体外反搏时,流线中的回流和二次流基本消失,而且在狭窄处下游,壁面剪切应力明显变大,振荡剪切指数明显变小。结论:体外反搏特征对冠脉血流动力学特征有重大改善,可以起到辅助治疗心血管疾病的作用。

磷素对含沙水流流体变异特性影响

[目的]为探明磷素对含沙水流流体变异特性的影响。[方法]采用自制双竖管流变仪,研究了磷素对不同浓度含沙水流流体类型、流变参数及流体发生变异的临界阈值的影响。[结果](1)磷素浓度、泥沙浓度及泥沙理化性质是影响含沙水流发生流体变异的主要因素。在25℃下,过磷酸钙浓度每增加0.1 g/cm^(3),黏滞系数和宾汉极限剪切力分别增加0.48~1.47 mPa·s和3.49~6.84 N/m^(2)。(2)随着磷素和泥沙含量的增大,含磷素的含沙水流由牛顿流体变异为宾汉流体。构建并验证了磷-泥沙水流黏滞系数和宾汉极限剪切力等流变参数的计算模型。(3)给出了磷-泥沙水流流体变异的临界浓度阈值。当磷素浓度从0增加至0.45 g/cm^(3)时,含沙水流的流体变异临界浓度阈值降低49%,说明磷素的存在加速了含沙水流的流体变异。[结论]磷素的增加使得侵蚀水流更容易由牛顿流体变异为宾汉流体,从而影响侵蚀流内部的能量耗散过程,研究结果为深入认识侵蚀污染水流的输移机制提供了新的科学基础。

剪切增稠流体机理、影响因素及其应用

剪切增稠流体是一种黏度随着剪切速率或外加应力的增加而增加的非牛顿流体,因其独特性质在诸多领域有所应用。介绍了纳米粒子/聚合物悬浮体系和高分子溶液体系的剪切增稠机理和相关的各种影响因素,综述了剪切增稠流体的实际应用情况,对现阶段剪切增稠流体的研究和应用进行了评述。