基于VOF方法的超临界二氧化碳——水两相流动孔隙尺度数值模拟

二氧化碳(CO_(2))捕集与封存技术有利于减少CO_(2)的排放量,近年来针对CO_(2)地质封存形成了从纳米尺度到油气藏尺度的大量研究成果,大多数研究只针对单一维度多孔介质中流动行为开展研究,且物理实验方法受许多不确定性因素影响,十分耗费时间和成本。为了从微观角度深入理解CO_(2)地质封存过程中的渗流行为,提高CO_(2)地质埋存量,基于追踪两相界面动态变化的VOF(Volume of Fluid)方法,分别建立了2D和3D模型,开展了超临界CO_(2)-水两相流动数值模拟研究,对比了不同润湿性、毛细管数、黏度比条件下的CO_(2)团簇分布特征、CO_(2)饱和度变化规律,揭示了孔隙尺度CO_(2)埋存的内在机理。研究结果表明:①随着岩石对CO_(2)润湿性增加,CO_(2)波及范围扩大,同时CO_(2)团簇的卡断频率减少,CO_(2)埋存量增加;②随着毛细管数的增加,驱替模式由毛细指进转变为稳定驱替,CO_(2)埋存量增加;③随着注入超临界CO_(2)黏度逐渐接近水的黏度,两相流体之间的流动阻力降低,促进了“润滑效应”,CO_(2)相的渗流能力提高,CO_(2)埋存量增加;④润湿性、毛细管数、黏度比在不同维度多孔介质模型中对CO_(2)饱和度的影响程度不同。结论认为,基于VOF方法的CO_(2)-水两相渗流模拟研究在孔隙尺度上揭示了CO_(2)地质封存过程中的渗流机理,对CCUS技术的发展有指导意义,也为更大尺度的CO_(2)地质封存研究提供了理论指导和技术支撑。

等径异长毛细管口模的聚丙烯流变性能研究

采用组合式转矩流变仪研究了聚丙烯(PP)熔体在等径异长毛细管流道(长径比L/D为20,30,40)的流变行为。结果表明,非牛顿指数随着长径比的增加而减小,即熔体的非牛顿性增强,剪切速率对黏度敏感性增加;熔体黏流活化能随剪切速率的增大而减小,表现为低剪切速率范围黏度对温度较敏感,其中又以L/D=30情况下的敏感性最高。

用自制仪器精确测定变温液体的粘滞系数

介绍了用恒流法自制仪器精确测定液体的粘滞系数。该自制仪器,能有效地保证底部的密封性、液体水位恒定和可操作性,还增设一个玻璃管连通器,附加一根标尺和游标使液体水位的测量精确度提高。并在接毛细管输出液体的量筒处加上光电计使测量液体流速的精确度提高,采用该仪器测定了水和乙醇两种液体在变温条件下的粘滞系数,经实验比对,所测得结果与理论值能较好地吻合。同时设计了可调换不同管径的毛细管,能快速准确地测量多种变温液体的粘滞系数。

“可控涡”方法在离心叶轮设计中的应用研究

采用流线曲率法求解S2流面反问题,为了考虑由于流体粘性损失造成的熵增,将Galvas的一维管流损失模型修改后应用于二维通流计算中并与主方程耦合求解,并编制了一套离心叶轮"可控涡"通流设计程序。为了探讨加入同等的欧拉功条件下不同环量分布方式对叶轮流场及性能的影响,以某给定设计目标的离心叶轮为研究对象,在满足后加载的前提下针对叶片尾缘附近环量的导数采取两种不同的分布方式进行通流设计,并进行了全三维粘性流动分析比较。结果表明:气流环量及环量沿流向的导数分别对叶片通道内的速度分布和叶片表面的载荷分布有着显著地影响。

用恒流法自制仪器精确测定液体的黏度

介绍了用恒流法自制仪器精确测定液体的黏度.该自制仪器,能有效地保证底部的密封性、液体水位恒定和可操作性.另外,还增设一个玻璃管连通器,并附加一根标尺和游标,可使液体水位的测量精确度提高.在接毛细管输出液体的量筒处加上光电计时,可使测量液体的流速的精确度提高.再将相关数据送入已编好程序的电子仪器进行计算并显示出黏度.另外该仪器可调换不同管径的毛细管,因此应用本方法能快速准确地测量多种液体的黏度.

这样推导直立式毛细管黏度计的黏度计算公式是错误的

目的:不知道从何时起,医学院校物理学实验教材中用泊肃叶定律推导直立毛细管黏度计的黏度计算公式。这种推导是错误的。它已经蒙骗了几代人。本文力图揭示其错误,指出正确的推导方法。方法:首先,论文借助人们的生活经验揭示非水平管包括直立管中的液体流量不遵从泊肃叶定律,从而可知不能用泊肃叶定律计算非水平管中液体流量。然后阐明直立黏度计毛细管两端的压强近似等于大气压,毛细管两端的压强差△P=0,从而可知△P=ρgl是错误的。结果:由以上两点证明:用泊肃叶定律是推导不出直立毛细管黏度计的黏度计算公式的。结论:直立毛细管黏度计的黏度计算公式只能用非水平管的液体流量公式推导,这才是正确的。

用流速法测定液体的粘滞系数

介绍了自制仪器设备,并介绍了利用此设备采用流速法如何测定水的粘滞系数。

双毛细管法高温气态环己烷黏度测量研究

为了探索双毛细管法在碳氢燃料高温气态黏度测量中的应用,采用双毛细管法测量了亚临界压力下环己烷的高温气态黏度。测量温度为301.9~567.1K(间隔约10K);压力为0.5~4.0MPa(间隔1.0MPa)。考虑螺旋管圈的二次流效应,使用基于雷诺数Re或迪恩数De的函数关系式对黏度测量结果进行离心修正。在测量参数条件下,气态环己烷的雷诺数Re≤1984.5。研究表明:双毛细管法测量环己烷液态和气态黏度时,螺旋管圈的二次流效应具有显著差别;液态环己烷的离心修正系数<4.32%,气态环己烷的离心修正系数最高达到49%;离心力二次流效应是影响环己烷气态黏度测量精度的最重要因素;离心修正关系式的准确度对环己烷气态黏度测量结果的不确定度产生显著影响。

低渗透砂岩渗流启动压力梯度研究进展

低渗透油田已逐步成为国内投入开发的主力战场,而启动压力梯度的研究是低渗透油藏渗流规律研究的关键所在,本文对低渗透油层渗流启动压力梯度研究成果就行了总结,明确了启动压力梯度确定方法,包括室内物理实验模拟方法、数值实验方法、试井解释方法;对比了近年来对于启动压力梯度实验研究的几个重要成果,总结得出了低渗透油藏＂毛细管平衡法＂和＂压差-流量法＂及稳态法和非稳态法的应用,并对其方法的模型及实验装置图进行了简单的总结介绍,为低渗透油藏启动压力梯度研究提供依据。

致密岩心液体渗透率测量的新方法——毛细管流黏法

致密岩心液体渗透率测量对储层准确评价起非常重要的作用。致密储层常用的稳定测量实验很难准确快速测量岩心的液体渗透率。因此提出一个简便快捷测量致密岩心液体渗透率的新方法-毛细管流黏法。该方法通过差压式传感器直接测量压力,就能得出流体流量和黏度的乘积,并找出其与岩心串联的毛细管的内径和长度的关系式。实验结果表明,毛细管流黏法不需测量流体的黏度和流量,且具有测量误差小、耗时短、重复性好、设备装置简单等优点,对致密岩心液体渗透率的测量有很好的适用性。

气泡在剪切作用下的运动特性研究

采用基于自由能模型的格子Boltzmann方法,考虑到毛细管数和气液黏性比的影响,模拟了气泡在剪切作用下的动力特性.结果表明,无论气泡半径大小,总是其长轴被拉伸,中轴和短轴被压缩,且中轴的长度总大于短轴的长度.随着毛细管数的增加或气液黏性比的增大,气泡变形和偏转程度越剧烈.

碳氢燃料JP-10高温液态黏度测量和推算模型构建方法研究

基于流体动力学层流哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)定律,利用双毛细管法,对高密度空天动力燃料JP-10液态黏度进行实验测量,测温范围326.6~671.2 K,测量压力2.0、3.0、4.0 MPa,扩展相对不确定度2.88%~4.96%(置信因子k=2)。通过纯物质环己烷动力黏度的测量,对实验系统进行了标定,实验结果与NIST数据库平均相对偏差在1.22%以内,最大相对偏差绝对值为2.04%,实验结果与推荐黏度值在2.0 MPa时平均相对偏差为1.25%,4.0 MPa时平均相对偏差为1.61%,最大相对偏差绝对值为3.50%,验证了实验系统的可靠性。选取临界压力状态的黏度值作为参考状态值,通过引用Yaws液相有机化合物的黏度经验公式,结合SRK状态方程对绝对速率理论黏度模型进行了改进,耦合实验数据,建立了一种适用于碳氢燃料的高温高压液相黏度的推算模型。采取共轭梯度法和遗传算法对模型参数进行拟合,计算结果与实验结果的平均相对偏差值在2.00%以内,最大相对偏差绝对值小于4.50%,验证了模型的精确性。

考虑油液黏温特性的电静液作动器流量死区动态逆补偿方法

高集成电静液作动器(EHA)在减小体积和质量的同时,带来散热能力差、系统油温上升快等问题,导致油液黏度降低而使EHA的流量死区具有时变特性,给EHA的精确控制增加了难度。针对上述问题,考虑油液黏温特性,建立了EHA流量死区的数学模型,分析了流量死区的变化规律,提出了基于系统模型信息的流量死区动态逆补偿方法,对比分析了不同转速和负载下所提方法的补偿效果,并进行了实验验证。结果表明,EHA的流量死区随温度升高而增大,所提出的动态逆补偿方法在轻载条件下能够较好地补偿EHA的流量死区,有利于提高系统的控制性能。

利用漏率间接测量密封件真空度方法的研究

本文提出利用漏率间接测量真空度的方法,解决密封件腔内真空度的测量问题。在此基础上开展相关实验,探究该方法在实际应用中的可行性以及相关适用条件等。实验以连接不同尺寸规格金属毛细管的模拟件为研究对象,利用动态流量法测量模拟件的漏率,进而间接获得模拟件的腔内真空度。实验结果表明,利用漏率间接测得的模拟件真空度与利用皮拉尼规原位测得的模拟件真空度的偏差在15%左右,偏差较小。同时实验中还发现该方法存在包括测量范围、反应时间等限制性适用条件,并在理论上做了合理的解释,进而完备了该方法,并为实际应用奠定了基础。