不可逆分析法研究受磁偶极子影响的Ree-Eyring纳米流体流动多相催化作用

Ree-Eyring流体是一种非牛顿流体,具有屈服应力和剪切稀化的特点,比如乳剂、浆体和聚合物溶液。根据Ree-Eyring流体的特性,通过考虑不均匀的产热/吸收效应和黏性耗散效应,以及分析传热现象来研究磁偶极子作用下表面拉伸纳米流体的流动行为。所建立模型考虑了对流条件下边界表面的熵产生,将偏微分方程组(PDEs)充分变换转换为耦合常微分方程组(ODEs),采用MATLAB bvp4c法进行数值计算,并以图表形式显示计算结果。结果表明,随着Brinkman数的变化,不可逆性产生率激增。此外,当热泳参数最小化时,边界附近的温度降低,而在远离边界处温度上升。表面催化参数减弱了溶质的分布,模型得到了验证。

胶东山后金矿成矿流体氦氩同位素地球化学特征

山后金矿位于胶西北金矿集区的招远—平度断裂带(以下简称招平断裂带)南部。本文通过测试分析黄铁矿稀有气体(He-Ar)同位素,深入分析山后金矿的成矿流体和成矿物质来源,并探讨该金矿的成矿机制。1矿床地质特征该矿床受北东向断裂的控制,赋存于招平断裂带主断面下盘40 m范围内,位于-500 m标高以上(张瑞忠,2017;柳志进等,2017)。

俯冲带流体——来自(超)高压变质岩石的证据

俯冲带是地球上岩浆活动、高压—超高压变质作用、中深源地震、壳幔物质交换、元素循环和铜金大规模成矿的集中发生场所。富水流体不仅调控了这些地质作用,而且也深刻影响了全球C、S等挥发分的循环。当蚀变大洋岩石圈及上覆沉积物进入俯冲带中深部(15~300 km),伴随由葡萄石-绿纤石相至超高压榴辉岩相的递进变质作用,含水矿物在不同深度的分解造成流体释放为一连续过程。除极端高地温梯度环境之外,大多数俯冲带洋壳释放的流体为富水流体。但,俯冲带不同深度所产生的流体特征有明显差异。出露于全球造山带的高压—超高压变质地体保存了分凝体、脉体、水压致裂角砾岩等流体作用的有力证据,绿辉石、石榴子石、绿帘石等矿物中原生流体包裹体为流体的直接记录。在俯冲带中等深度(<65 km),流体是溶质含量很低的含卤化物水溶液,可含CO_(3)^(2-)、SO_(4)^(2-)、HS^(-)等组分,其所含Si、Al、Ca、Mg、Fe、Na主量元素溶质相当于海水中固化物量的2~3倍,并具大离子亲石元素(LILE)、轻元素(B、Li)富集和高场强元素(HFSE)亏损的特点。当深度≥65 km时,流体转化为类似于超临界性质的溶液,含CH_(4)、C_(2)H_(6)、H_(2)S等挥发分,其所含主量元素溶质显著增加,微量元素除LILE等外,还负载相当量的HFSE和过渡族成矿元素。俯冲带65~100 km深度,为富水流体向超临界流体转变的区间。这种流体具有“亚超临界”性质,发生了氧化还原性质和元素溶解能力的渐变,并伴随硬柱石和角闪石的最终耗尽。高压变质岩石及相关脉体的O、Sr、Nd和金属同位素示踪研究表明俯冲带流体的源区多样,有蚀变基性洋壳、地幔橄榄岩和沉积物,并保存了海底热液蚀变作用的印迹。流体以脉冲方式沿网络状裂隙呈隧道式运移和传输,规模可达千米级,时间尺度在数月至数百年。目前通过高压—超高压变质岩的研究对俯冲带流体已经有了深入的了解,但展望未来,该领域依然有诸多争议和科学问题值得探索。

磁场诱导矩形通道内铁磁流体流动及强化传热

为深入研究外加磁场作用下矩形通道中铁磁流体的流动及换热性能,基于有限体积法对其进行数值仿真计算。分析铁磁流体在不同雷诺数Re、磁场强度B下对努塞尔数Nu及流体阻力系数f的影响,重点对比3种热边界条件下磁场诱导铁磁流体旋流流动的特点、强化传热效果及综合强化性能。结果表明:当外加磁场作用于铁磁流体时,由于磁场-流场-温度场的协同作用,3种热边界条件下,矩形通道内的铁磁流体均产生不同结构的旋流流动,明显强化其传热效果,且施加的磁场强度越大,强化传热效果越好,综合性能更优。在研究范围内,通过对3种热边界条件的比较,四面受热、上下两面受热和底面受热的综合强化因子最大值分别达到了1.372、2.277、2.299。

内蒙古白云鄂博铁-铌-稀土矿床矿化蚀变矿物组合及流体组成

针对内蒙古白云鄂博铁-铌-稀土矿床是否多期成矿及底板白云岩的成因争论,本文通过光薄片岩矿鉴定和扫描电子显微镜研究,获得如下信息:(1)碳酸岩脉、磁铁矿石、蚀变岩及矿化白云岩中矿化蚀变的矿物组成类似,均以磁铁矿(碳酸岩脉中除外)、独居石、氟碳酸稀土矿物(氟碳铈矿等)、方解石、萤石、磷灰石、富钡矿物(重晶石或毒重石)、黑云母、富钠矿物(钠闪石、霓石)等为主,常见硫化物,显示为同一种富含Fe、REE、Ca、Ba、K、Na、Si及挥发分CO_(2)、P_(2)O_(5)、F、S的流体,岩(矿)石的结构构造也显示出明显的一期成矿特点,支持白云鄂博矿床主体是一期成矿事件的产物。(2)稀土矿化与底板白云岩不是同一流体的产物,稀土矿化与方解石为主的碳酸岩脉有关,有可能为火成碳酸岩或浆液过渡态流体;底板白云岩是稀土矿化的围岩,有更多的沉积成因信息,可能为热水沉积岩,或者为热液改造的沉积碳酸盐岩。(3)磁铁矿化与稀土矿化是同一成矿事件的产物,但碳酸岩中缺乏磁铁矿表明,铁质来源与稀土来源是否相同仍需要进一步研究。

声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。

注热化学流体吞吐解除岩石储层反凝析伤害评价

为长期有效解除凝析气藏反凝析带来的储层伤害,提出了一种注热化学流体吞吐解除凝析油堵塞孔喉的新方法。针对致密砂岩、碳酸盐岩和页岩3类岩石,开展了注热化学流体吞吐岩心驱油实验,评价了热化学流体解除凝析油堵塞的可行性,并基于核磁共振技术分析了吞吐前后3类岩石微观孔隙结构的变化特征,明确了热化学流体解除反凝析伤害机理。实验结果表明,热化学流体(NH_(4)Cl和NaNO_(2))在乙酸溶液催化下能够迅速释放大量气体和蒸汽,提高岩心压力和温度,降低原油黏度,使凝析油由液态转变为气态,减小渗流阻力。致密砂岩、碳酸盐岩和页岩岩心注热化学流体吞吐累积凝析油采出程度分别为65.7%,73.9%和46.3%。其中,致密砂岩和碳酸盐岩岩心仅需2轮吞吐即可有效清除55.5%和67.6%的凝析油堵塞。而页岩岩心需要延长焖井时间及增加吞吐次数方能提高凝析油的采出程度。热化学流体吞吐后,致密砂岩、碳酸盐岩和页岩岩心平均孔径分别由0.37,1.04和0.0021μm增大至0.84,2.04和0.0058μm。热化学流体吞吐效果是注CH_(4)吞吐和注甲醇吞吐效果的1.85和1.32倍。

电流体喷印脉冲电压参数配置对沉积液滴体积的影响

为了精准控制电流体喷印液滴的最小体积并提高电流体喷印加工的分辨率,研究了电流体喷印的脉冲电压参数配置规律。首先,基于流体力学和电动力学基本原理,分析了喷印过程中泰勒锥的受力情况,并基于此建立了锥射流的体积分数仿真模型,探究了初始脉冲电压参数窗口。然后,搭建了电流体喷印平台,通过实验分析发现沉积液滴体积随脉冲电压幅值增大而减小,随脉冲频率的变化不明显,随着脉冲占空比增大,液滴体积先增大后减小。对比了参数配置前后液滴阵列的沉积液滴体积,参数配置前沉积液滴体积为40.89~45.25 nL,参数配置后平均液滴沉积体积为39.54 nL,验证了脉冲电压参数配置规律的有效性,可为节约生产过程中的材料和人工成本,进一步提高微纳电子产品的使用寿命提供参考。

胶东盘子涧金矿床成矿流体特征--来自包裹体、H-O同位素证据

盘子涧金矿床地处华北板块胶辽隆起区,栖霞—蓬莱金成矿带上。金矿的形成主要与区内控矿断裂——盘子涧断裂和中生代岩浆岩有关。为研究该矿床成矿流体性质及演化,并控讨矿床成因,对该矿床不同阶段的包裹体进行岩相学、显微测温、包裹体激光拉曼及H—O同位素分析研究。盘子涧金矿床成矿热液期可划分为4个成矿阶段,从早到晚分别是黄铁矿—石英阶段(Ⅰ阶段)、石英—黄铁矿(绢云母)阶段(Ⅱ阶段)、金—石英—多金属硫化物阶段(Ⅲ阶段)和石英—碳酸盐阶段(Ⅳ阶段)。其中Ⅱ、III阶段为主成矿阶段。不同成矿阶段的流体包裹体有3种类型,分别是富液气液两相盐水包裹体、含CO_(2)三相包裹体和纯液相包裹体。显微测温结果显示,成矿流体的完全均一温度介于142~348℃,主要集中于200~300℃,盐度介于4.44%~10.98%NaCl_(eqv)。石英的δD_(V-SMOW)值为-74.6‰~-68.5‰,δ^(18)O_(V-SMOW)值为+11.65‰~+13.92‰。显示成矿流体为中低温、低盐度的CO_(2)—H_(2)O—NaCl体系,来源于地幔,以岩浆热液为主,并伴有部分大气降水加入。矿床成因类型属石英脉型金矿。

2018年9月8日墨江5.9级地震云南普洱大寨流体异常特征及机理

文中梳理了2004年以来普洱大寨井连续观测的水化学离子和井-含水层渗透性异常特征。研究发现,在观测井周边250km范围内5.5级以上地震发生前,多次出现过可重复、可类比的异常变化,对地震具有较好的异常指示和预测意义。但相比以往震例,墨江5.9级地震发生前,无论是化学离子还是物理参数均出现了观测以来幅度最大的变化,异常状态较以往强烈很多,但发震的震级只有5.9级。为了研究这一现象产生的原因和机理,文中尝试从区域深部物质活动和区域应力水平2个方面对墨江5.9级地震前的异常演化过程开展讨论,得到以下认识:墨江5.9级地震前,流体异常整体呈现出较为显著的从深部到浅部、从背景到短期微观异常再到临震宏观异常的演化过程;墨江5.9级地震前,普洱大寨连续观测的水化学离子浓度异常和井-含水层渗透性的改变是由于区域内垂向剪切应力持续增强引起的含水层受挤压,从而形成了垂向的流体补给,最终引起不同含水层水体发生交替混合而产生的结果;本次异常形成初期还伴随深部物质剧烈活动的现象,较为显著的由深部到浅部的耦合作用过程可能是导致墨江5.9级地震前出现自观测以来地下流体异常幅度最显著的原因。因此,流体活动从深部开始,随着区域应力不断积累,不断向地表传递的演变过程是墨江5.9级地震前流体异常演化的本质特征;区域应力的作用方式和深部物质活动程度不同,是引起墨江5.9级地震前异常特征与研究区其他历史震例前明显不同的根本原因。文中研究为全面认识普洱大寨井地下流体异常的预测意义和地震前流体异常的深浅耦合演化过程提供了一定参考。

稠油开采中多元热复合流体相态的研究进展

稠油的储量远超常规石油的储量,但因稠油黏度大和密度大的特点而难以开采,高效经济开发稠油已成为石油领域的研究重点。热复合开采技术是目前高效开发稠油油藏的关键技术,其中多元热复合流体的相态特征是稠油油藏开采流程设计与评价的关键。为此,从热复合开采技术中的混合气体系和稠油-气体系2个方面,系统地阐述了多元热复合流体相态的实验和理论研究现状。对于混合气体系相态,多采用静态法进行实验测试,使用状态方程结合混合规则进行理论预测,CO_(2),N_(2),H_(2)O和CH_(4)等常见气体分子组成的二元体系的相态测试趋于成熟,但缺少多元体系的测试数据与预测模型;对于稠油-气体系相态,总结了一般性实验流程与近年实验结果,提出一种加速油气相平衡的新型实验装置构想,指出目前理论预测在气体种类、注气量、气体扩散模型、二元相互作用系数等方面的不足。进而对多元热复合流体相态研究提出展望,以期促进热复合开采技术进一步的机理研究与参数优化。

二维核磁共振评价页岩流体饱和度实验仿真

二维核磁共振(2D NMR)T_(1)-T_(2)测量在页岩油勘探中具有重要优势,但其数据处理与解释过程复杂,涉及抽象的理论知识。设计了一套基于Matlab图形用户界面的2D NMR T_(1)-T_(2)谱储层流体识别与饱和度评价实验仿真。仿真系统包括地层T_(1)-T_(2)谱模型构建、回波数据正演、回波数据反演以及流体识别与饱和度评价模块。通过输入不同参数,模拟得到页岩地层的T_(1)-T_(2)谱模型、回波数据、T_(1)-T_(2)谱反演结果以及页岩储层流体识别与饱和度评价结果。实验以直观、实用的方式向学生展示了基于2D NMR T_(1)-T_(2)谱的页岩储层流体识别与饱和度评价过程,增强学生对NMR数据处理与解释方法的理解,提高NMR教学效果。

成年人中心性气道流体力学特征分析

目的运用计算流体力学(CFD)技术对健康成年人中心性气道进行流体力学特征分析,研究空气流场对中心性气道的影响。方法选择4例健康成年人胸部CT影像,其中男性2例,女性2例;年龄26~53岁,平均年龄37.5岁;体质量48.5~74.0 kg,平均体质量60.6 kg。使用Mimics 21医学图像软件将4例健康成年人的胸部CT图像以医学数字成像与通信(DICOM)格式导入,并构建中心性气道的三维模型。对三维模型进行修整,使用Geomagic Studio 12软件。使用Ansys fluent 19.2软件的网格划分模块将模型进行网格划分。划分好网格后,将其导入Ansys 19.2软件进行CFD模拟计算。在模拟计算中,设定相同的潮气量,并对中心性气道内部气流流场变化进行动态分析。结果在基于CT图像数据构建的中心性气道的三维模型基础上,使用了CFD进行数值模拟。结果显示,在施加相同潮气量的情况下,气流入口速度为2.15~4.44 m/s。气道流速在从入口到出口的过程中逐渐降低,并形成了高流速的区域。气道最大流速的变化为3.25~6.77 m/s,并且最大流速靠近气管壁面。气道壁面压力由气管到支气管逐渐降低。在流速越高的区域,气道壁面压力的绝对值越高。气道壁面最大切应力变化为0.888~2.240 Pa,其中气管壁、气管分叉处及二级、三级支气管的切应力相对较大,并随着气管和支气管的直径减小而增加。结论通过对健康成年人中心性气道模型进行CFD模拟,发现气道流速、壁面压力、壁面切应力与气道结构有着密切的关系,呈现出一定的整体空间分布和局部特征。

微通道内单一/混合流体强化传热研究进展

介绍了近年来微通道换热器内冷却介质强化换热的研究进展。阐述了纳米流体、液态金属以及潜热型功能热流体强化传热的机理;探讨了影响纳米流体传热性能的因素,包括纳米颗粒的种类、体积分数和温度等;讨论了增大液态金属传热系数的方法;分析了微胶囊壁材、相变材料和微胶囊的质量分数等对潜热型功能热流体热容的影响。指出了3种冷却介质目前尚存在的缺陷及相应的改善措施,对高热流密度设备散热问题中冷却介质的选取具有一定的指导意义。

水基炭黑-胶原蛋白纳米流体制备及稳定性实验

纳米流体由于其优异的光热转换性能,已成为新型太阳能集热介质的研究重点;但因其稳定性差、制备工艺复杂,未能在实际应用中得到推广。本文以去离子水为基液,通过两步法制备炭黑-胶原蛋白纳米流体。探究了材料添加顺序、胶原蛋白种类、超声时间、材料配比以及溶液pH等对纳米流体稳定性的影响。结果表明,制备水基炭黑-胶原蛋白纳米流体时,先分散炭黑再加入胶原蛋白可以提高其稳定性;猪皮胶原蛋白更适用于炭黑-胶原蛋白纳米流体的制备;超声45min,炭黑胶原蛋白质量配比为1/20,悬浮液pH在6.5~7.5之间制备得到的纳米流体稳定性较好。本研究有助于今后水基炭黑-胶原蛋白纳米流体产业化应用于太阳能光热转换领域。

螺旋套管换热器多样式内管壳程流体强化传热的数值分析

应用CFD软件对内管为光管、螺纹管、横向纹管和纵向纹管的螺旋套管换热器壳程流体的流动及传热进行数值模拟,并将其模拟结果进行对比,分析其温度场和速度场的细观信息以揭示其壳程流体的换热特性和流动特性。结果表明,在研究范围内,内管为螺纹管的壳程流体流动和传热的综合性能最佳,其综合评价因子的值均在1.10以上,最大可达1.18;凸起螺纹对壳程流体起到扰流和导流的双重作用,减薄了边界层厚度,增强壳程流体的混合程度,实现了强化传热的目的,为工程实际应用提供帮助。

海上稠油油田多元热流体吞吐增产机理研究与实践

多元热流体为蒸汽、氮气、二氧化碳的高温高压混合气体,具有降低稠油黏度、提高地层压力、改善油藏剖面、提高稠油油藏开发效果等作用。多元热流体吞吐技术在海上稠油高效开发中应用广泛,随吞吐轮次增加,对多元热流体吞吐机理缺乏认知,开采效果降低。为有效提升稠油油田的开采效果,采用油藏模拟分析和多元热流体吞吐及驱替室内试验方法,探究了不同多元热流体组分对增产的贡献,进一步明晰多元热流体吞吐增产机理,为多元热流体热采方案优化设计和吞吐后开发调整提供理论指导和有效措施。试验结果表明:海上油田通过多元热流体热采示范应用,油田日产油由热采前218m^(3)·d^(-1)升至最高641m^(3)·d^(-1),增幅195%,热采效果明显。

基于万维引擎自主开发虚拟仿真实验——以流体阻力实验为例

化工类实验具有危险且复杂多变的特点。文章以流体阻力实验为例,阐述了基于万维引擎的网页版虚拟仿真实验的自主开发过程,包括实验设备建模和渲染、教学模块设计、软件功能开发、逐项功能测试等内容。所开发的虚拟仿真实验实现了虚拟实验与现场实验从设备到内容的紧密关联,契合真实的实验教学过程,为国内外学生提供了在线学习与操作练习的机会,同时也是开展线上线下混合式实验教学的重要基础。

Carreau-Extended非牛顿流体圆管层流流动的摄动解

非牛顿流体在工业生产中应用广泛。文中基于同时包含屈服应力、时间常数和幂律指数的Carreau-Extended(简称Carreau-E)复杂流变方程及剪切应力与压降平衡关系,建立了圆管内充分发展的稳定Carreau-E流体层流管流的运动方程,并采用摄动方法推导出相应运动方程的一阶渐近解,获得了不同类型流体管流的速度分布以及压力梯度、流核宽度、屈服应力和时间常数对Carreau-E流体管流流场分布的影响规律,该研究对Carreau-E流体及其他复杂非牛顿流体管流特性研究具有参考价值。

苏北盆地高邮凹陷花页1井古近系阜宁组裂缝脉体流体演化及其对页岩油充注过程的指示意义

苏北盆地页岩油勘探开发取得重大突破。高邮凹陷花页1井岩心观察发现,古近系阜宁组二段富有机质页岩中天然裂缝发育,脉体内保存了大量页岩油气流体活动迁移的信息。以阜二段页岩裂缝充填的方解石脉体为研究对象,综合运用矿物学、元素地球化学、地质年代学以及地质流体技术,聚焦页岩裂缝脉体的古流体来源、脉体形成时间以及流体包裹体特征开展深入研究,提出页岩含油层埋藏、抬升剥蚀过程中古温度条件与对应地质时间。阜二段页岩裂缝主要产状类型为层理缝、滑脱缝、剪切缝、收缩缝和张性缝,裂缝内主要充填一期纤维状方解石脉体,方解石脉体表现为偏还原环境热液流体的来源;始新世中期阜二段裂缝脉体捕获原生绿色荧光油包裹体、始新世晚期捕获次生蓝色荧光油包裹体和第四纪晚期捕获次生绿色荧光油包裹体,分别指示了富有机质页岩主要存在三期页岩油的充注过程。页岩油的充注主要在页岩最大埋深时期形成,三垛构造运动对于该地区页岩油的调整运移具有重要作用。