滑移流区内不同Kn数对流动及传热影响的数值分析(英文)

针对微尺度二维通道气体滑移流区的流动阻力和传热特性,采用滑移模型和SIMPLER数值进行了模拟分析。研究了定热流情况下不同Kn数时通道内压力、速度和温度场的分布以及流动阻力和换热的特性。数值分析结果表明随着Kn数的增大,速度滑移和温度跳跃的程度都增加,并且影响着流动阻力的下降,但两者对于换热系数的影响趋势是相反的:速度滑移有利于提高换热系数,而温度跳跃则降低换热系数,但总体上增加了微通道中的热阻。

页岩纳米级孔隙气体流动特征

页岩气在孔隙中的流动规律是评价页岩气产能的基础，而气体流动规律与页岩的孔隙大小密切相关。通过液氮等温吸附对昭通地区龙马溪组以及五峰组页岩的孔隙进行研究发现，该地区页岩孔隙大小主要分布在4～6nm。利用Kn数和Beskok—Kamiandakis方程计算了页岩的表观渗透率，分析了压力、温度以及吸附作用对气体流动规律的影响：在直径小于10nm的孔隙中，气体表观渗透率与达西渗透率的比值高达30，气体的吸附会缩小页岩的孔径，吸附层的存在会使得孔径小于10nm的孔隙表观渗透率与达西渗透率的比值增大。温度与压力都会影响Kn数，从而影响气体的表观渗透率和页岩吸附层厚度。在不考虑吸附层的影响下，压力升高，页岩表观渗透率下降，温度升高，表观渗透率稍有变化，变化不明显；考虑吸附层影响下，页岩表观渗透率与达西渗透率之比与不考虑吸附时表观渗透率与达西渗透率之比随压力降低或温度上升呈下降趋势。

直接模拟蒙特卡罗方法在微通道流动模拟中的应用

直接模拟蒙特卡罗方法是一种求解稀薄气体流动换热新的数值方法。本文采用该方法对Kn数跨越速度滑移区和过渡区的三个微通道内的流动进行了数值模拟,给出了通道内速度、压力及局部阻力系数的变化曲线.为了表明通道横纵比对流动的影响,还对每个算例在不同的横纵比下进行了比较。结果表明,微通道内的流动特性不仅与Kn数有关,而且与通道的横纵比也有很大的关系。

压力边界条件下微通道内气体流动换热特性研究

本文用直接模拟蒙特卡罗方法对给定进出口压力边界条件下微通道内气体的流动换热特性进行了数值模拟,给 出了壁面与流体的温差对气体沿程压力、温度及数密度分布的影响。计算结果表明,当壁温高于流体温度时,温差仅出现 在通道进出口处,但其发生机理却不同;流体可压缩性与稀薄性均得到增强,沿程压力分布更加非线性。

准东低阶煤孔隙特征及对气体传质方式的影响

准东以褐煤和长焰煤为主,属于低灰、高挥发分煤;显微组分镜质组占优,惰质组次之,偶见腐泥组分;褐煤惰质组含量远大于长焰煤,且水分含量也高于后者。根据非润湿相的汞侵入毛管获得的孔隙分布和BET模型得出微小孔特征。在此基础上,并对甲烷在不同尺度孔隙中的传质方式进行探讨。结果显示：褐煤以中大孔为主,微小孔发育有限,主要储集空间孔径在0.1-2.0μm;长焰煤以微小孔为主,孔容主要来自微小孔,其单位孔容远小于褐煤。在多级孔隙配置的煤储层中划分出达西流、滑脱流、过渡流和分子扩散4种传质方式。褐煤孔隙连通性好,以达西流、滑脱渗流为主;长焰煤微小孔发育,各级孔隙连通性差,以达西流、过渡流及分子扩散为主。相比较而言,纳米级孔隙中吸附甲烷分子层厚及滑脱效应对长焰煤单孔渗流能力的影响更显著,其将会在气藏开发过程中对增产稳产提供有益的支持。

微尺度下空气静压支撑在滑移区的承载特性实验研究

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性,引入努森数(Kn),计算了不同工况下气膜内压力和不同气膜厚度下Kn数的变化关系。引入支撑区气膜分层假设,与分子动力学相结合,对气膜内不同流态层的刚度进行了实验和分析。通过ANSYS仿真和实验数据相结合得出了结论:气膜内稀薄效应的增强,可以一定程度上提高气浮支撑的静承载能力。气浮支撑的刚度特性和气膜内部分层情况有关:以分子碰撞运动为主的稀薄层主要起容性效应,实现分子间动量的传递和转化,因此该层所体现出来的刚度较差;以惯性力驱动的连续流层内部分子运动比较稳定,特别是在垂直方向不存在显著的动能和压力能之间的转化,因此该层的刚度特性较强。实验证明,气膜厚度在1~10μm时,气膜的刚度先增大后减小,也间接论证了静压支撑的刚度特性主要由气膜内连续流层决定。