基于均值孔隙介质层的阻尼孔壁面摩擦效应研究

阻尼孔广泛用于各种液压机械系统,其孔径通常在0.3 mm到2 mm之间,这种微小流道的流动不同于常规管道,壁面粗糙度对其流动特性有重要的影响。针对这一问题,以安装在液压电磁换向阀中的阻尼孔为研究对象,采用均值孔隙介质层(PML)模拟了阻尼孔的壁面粗糙度。首先,建立了阻尼孔的物理模型,使用ICEM CFD软件对模型进行了网格划分;然后,构建了流体控制方程以及PML动量方程,求解出了黏性阻力系数和惯性阻力系数;最后,采用了流体仿真软件Fluent,分析了壁面粗糙度对阻尼孔流体流动特性、流体完全发展距离长度以及流体温升的影响。研究结果表明:仿真所得阻力特性与文献中实验所得阻力特性结果一样,采用PML表征壁面粗糙度的方法可行;由于壁面粗糙度,阻尼孔中的流体受到的阻力增大,导致从阻尼孔入口至出口压降增加了2.25%;相同边界条件下,含PML的阻尼孔比光滑阻尼孔的完全发展距离长0.1 mm左右;壁面的发热量平均提高了1.5%。

微尺度下的非线性渗流特征

用与低渗透储集层孔喉尺度相近的微管模拟储集层微小孔喉,以流体在微管中的流动特征为研究对象,采用微尺度方法研究低渗透储集层非线性渗流规律。对半径分别为10.0μm、7.5μm、5.0μm和2.5μm的熔融石英微管中去离子水的流动特征进行实验研究,分析了4种尺寸微管中去离子水的平均流速与压力梯度的关系、压力梯度对流体边界层的影响以及流动阻力系数与雷诺数的关系。研究结果表明:微管中流体的低速流动具有非线性特征,且随着微管半径的减小,流动的非线性程度增强,可以用二次函数对非线性流动特征进行拟合;微流动中,有效流体边界层厚度占微管管径的比例随压力梯度的增大而降低;雷诺数可作为非线性流动的判据,雷诺数小于10-3的低速流动具有非线性特征。

大庆油田微泡沫钻井液的研究与应用

微泡沫钻井液在保护油气层和防漏方面具有常规水基钻井液所无法替代的优势,特别适用于大庆油田低压、低产油藏。筛选了发泡剂、稳泡剂,将现用钻井液体系转化为微泡沫钻井液体系,研制了适合微泡沫发挥作用的微泡沫钻井液配方,并对其抑制性、抗温、抗污染(抗黏土、钙、油气)能力、油层保护效果(模拟岩心动态污染试验)以及微泡沫钻井液防塌机理和微泡沫钻井液流变特性进行了研究,建立了微泡沫钻井液的具体流变模型,通过API钻井液失水仪堵漏实验和API堵漏材料实验装置对微泡沫钻井液的堵漏机理进行了研究。研究表明:微泡沫钻井液密度较低,能适当降低井筒液柱压力,使井漏得到缓解;具有良好的润滑性,循环压耗小,泵压低,使钻井液循环当量密度降低;微泡沫钻井液的高黏度和高切力性能大大增加了钻井流体在裂缝和孔隙内的流动阻力,有利于阻止井漏的继续发生;微泡沫在裂缝和孔隙内聚结但不结合,具有"架桥"封堵作用,有效阻止了钻井液在漏失通道继续流动。现场应用表明,微泡沫钻井液可减少由于钻井造成的油层污染,提高油井产能。

265 m^(2)烧结机提质降耗生产实践

为降低烧结机工序能耗,提高烧结矿产质量,柳钢在对265 m^(2)烧结机采取了厚料层烧结、微负压点火、漏风治理、提高环冷机余热利用等多项工艺协同改造。通过合理配矿、探索熟熔剂的配加比例,提高混合料料温和透气性;增加一、二混合圆筒提升条数量提高物料下落高度,加强混合料制粒效果;自主开发应用混合圆筒高动能流体在线清理系统,实现在线清理混合圆筒内结圈,提高了混合圆筒内物料填充率,同时杜绝了大块料跌落影响生产顺行的情况;将烧结机点火炉膛整体抬高170 mm,并在布料段两边增加边缘压料装置,使烧结机在不改变原有台车挡板高度的情况下具备厚料层烧结的条件;合理调节环冷机冷却风量,降低1段2段自然风鼓风量,增大余热发电返回环冷机的循环风量,避免因快速冷却造成烧结矿强度差;在环冷机卸灰阀间加装双层卸灰阀,减少风管积料;在环冷机烟罩上增加密封钢刷,减少烟罩和环冷机台车间的漏风,提高环冷机密封效果从而提高余热利用。改造后,烧结矿的产质量得到明显提高,工序能耗由48.6 kgce/t降低到45.2 kgce/t。

PEMFC中粗糙GDL表面对液态水在GC中传输过程的影响

采用商业软件FLUENT中VOF模型模拟了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中液态水在具有粗糙气体扩散层(GDL)表面的气体通道(GC)中的传递过程。考察了GDL表面润湿特性和粗糙度对液态水传输过程的影响。研究结果表明:和亲水GDL表面相比,疏水GDL表面有利于液态水的排出;和光滑疏水GDL表面相比,粗糙疏水GDL表面加快了液滴的排出,减小了液滴覆盖GDL表面的面积;同时,粗糙GDL表面增加了GC中的压降。

夹层板在舰艇冲击防护中的研究进展

为了提高舰艇抗冲击能力,已发展了各种舰艇冲击防护方法。传统的冲击防护手段会使舰艇的重量大幅增加,影响舰艇总体性能。夹层板的出现给舰艇冲击防护提供了另外一条途径,成为近期国内外相关研究的热点。文中以舰艇冲击防护为背景,从夹层板的冲击变形模式、微惯量效应、应变率效应、几何非线性效应、流固耦合效应、以及均匀化和模拟试验方法等方面,回顾了近期国内外相关研究进展。

对称定常微流边界层

利用Oleinik的经典线性化方法,讨论对称定常微流边界层方程{uu/x+vu/y=Udu/dx+[v(y)uy]/y (ru)/x+(rv)/y=0,满足边界条件:u(0,y)=0,u(0,x)=0,v(x,0)=v0(x),lim u(x,y)y→∞=U(x)解的适定性问题.其中,v(y)>0是粘性系数,满足一定的限制条件.

致密油藏微纳米喉道中的边界层特征

通过引入吸引力修正耗散粒子动力学(DPD)方法,实现流体和固体的相互吸引作用,模拟纳米喉道中的微尺度流动,探讨边界层的产生机理,结合微圆管实验,定量表征微纳米喉道中边界层的特征,明确微纳米喉道中边界层的影响因素.研究发现:分子尺度,热运动对速度影响很大;超过分子尺度,压差占主导作用.热运动使粒子在原位置振动,不改变粒子的整体移动方向.随着喉道半径的增大,泊肃叶流动的抛物线特征越来越明显.边界层厚度受压力梯度、喉道半径和流体粘度的影响.当压力梯度增大或流体粘度减小时,边界层厚度增大;当喉道半径减小时,边界层厚度先增大后减小.边界层厚度是导致非线性渗流特征的根本原因.随着边界层厚度增大,非线性渗流特征越来越明显.

摇摆条件下微液层厚度与质量流量关系

针对典型一体化自然循环压水堆,基于微液层理论,研究了摇摆条件下微液层厚度和堆芯通道质量流量关系。研究结果表明,摇摆条件下,由微液层理论模型计算得到的微液层厚度随着堆芯热通道内质量流量的增加而增大,能够直接导致边界层厚度的变薄或消失,最终发生传热危机。

双层微球壳流固耦联振动及声散射分析

为研究在药物输送中常用包裹药物的双层壳体声散射特性,本文建立了双层微球壳与其内外流体耦联振动模型。通过求解在超声波作用下各层球壳与内外流体的耦合作用方程,得到了球壳径向位移的级数形式解;利用此级数解分析了球壳的材料参数和几何参数对声散射特性的影响。结果表明:散射率曲线的峰值总是出现在耦联系统的固有频率处;内层球壳的密度增大200kg/m3时,第1阶子波的第2个散射率峰值增大了13.9%,但对第0阶子波基本无影响;内层球壳的杨氏模量增大40MPa时,固有频率增加近20%;外层球壳厚度增加0.1μm时,固有频率增大的幅度较小,但各散射率峰值减小幅度均大于9%。这些结果有助于了解双层微球壳声散射特性,从而指导药物包裹体的参数设计。

基于双微楔的高超声速激波与边界层干扰控制研究

高超声速飞行器在流场中通常会伴随激波与边界层干扰(SWBLI),其引发的流动分离将导致进气道性能下降。采用分离涡模型结合有限体积离散方法、自适应网格加密技术,对来流马赫数为7.0流场中SWBLI诱导的流动分离进行数值模拟,并基于边界层流向速度、压力梯度、形状因子、总压损失等参数讨论了不同微楔高度的控制效果,分析双微楔的控制机理。研究结果表明:双微楔产生的两对流向涡对之间的相互诱导促进了各自流向涡对之间的卷吸作用,使得双微楔对分离气泡的消除效果优于单只微楔;流动总压损失系数随着微楔阵列高度的增加呈先减小、后增加的趋势;综合讨论流向涡强度与形状阻力的影响,高度为35%分离气泡厚度的双微楔控制效果最好,分离气泡局部可减小至回流消失,边界层形状因子峰值降低86%,总压损失降低1.9%.

氯化钠液滴在特氟龙表面润湿行为的电控调节研究

为进一步探究界面润湿行为的电控调节机理,掌握电场调控的影响规律,基于能量最小原理和液滴体积不变原则,构建了多因素耦合的介电润湿等效模型,对比分析了加载电压大小、极性、频率变化对氯化钠液滴在特氟龙表面浸润特性的影响。由理论分析和实验测试表明:在0~±70 V范围内,无论是施加正向还是负向电压,接触角均会随电压增大而呈现非线性减小趋势直至饱和,饱和接触角约95.3°,正、负向饱和电压由于离子体积差异相差约10 V。而在施加交流电场时,在50~250Hz内,频率越高,接触角越小,与此同时饱和电压会随着频率的升高而呈现反向降低,本研究为深入探索介电润湿系统调控机理,进一步指导电润湿效应在实际工程中的应用提供理论参考与实验依据。

生物可降解Zn-2.5Cu合金表面复合改性研究

通过微弧氧化结合涂覆氧化石墨烯(GO)薄膜方法对已制备的Zn-2.5Cu合金进行表面复合改性处理。研究了微弧氧化膜层的显微组织、膜层厚度和物相组成。观察了不同GO浓度下Zn-2.5Cu合金表面复合膜层的显微组织及其仿生矿化能力。结果表明:当微弧氧化电流为3 A,氧化时间为2 min,Zn-2.5Cu合金表面的微弧氧化膜层孔洞细小而均匀,膜层质量较好,膜层厚度为61.9μm,氧化膜层主要由ZnO、Zn_(2)SiO_(4)和Zn(OH)_(2)相组成。当GO分散液浓度为1.5 mg/mL时,可在微弧氧化后Zn-2.5Cu合金表面覆盖一层均匀的GO薄层,在模拟人工体液中浸泡4 d时,复合改性后样品表面形成一层较厚且致密的HA涂层;在模拟体液中浸泡40 d后,该膜层腐蚀速率为0.015 mm·α^(-1),与人体植入可降解材料的理想腐蚀速率相接近。这说明与纯Zn-2.5Cu合金相比,经复合改性处理后的Zn-2.5Cu合金的生物活性和生物相容性得到提高。

线电极电火花磨削微细轴表面的液体磁性磨具抛光试验研究

为去除线电极电火花磨削加工微细轴表面的重铸层并提高表面质量,采用液体磁性磨具方法抛光微细轴,设计了液体磁性磨具抛光装置并集成至现有线电极电火花磨削机床,实现了对微细轴的在线抛光。采用液体磁性磨具对线电极电火花磨削后的钨材质微细轴进行抛光试验,并以黄铜材质微细轴作为对比,分析了液体磁性磨具抛光对单位材料去除量、末端摆动以及微细轴表面质量的影响。研究结果表明,微细表面材料可被均匀去除,钨微细轴形状刚度较好时抛光后的末端摆动几乎和抛光前一致,线粗糙度可从Ra0.1μm降到Ra0.05μm以下,并能有效去除表面的重铸层。

微平行管道内Jeffrey流体的非定常电渗流动

研究了微平行管道内线性黏弹性流体的非定常电渗流动,其中线性黏弹性流体的本构关系是由Jeffrey流体模型来描述的.利用Laplace变换法,求解了线性化的Poisson-Boltzmann方程、非定常的柯西动量方程和Jeffrey流体本构方程,给出了黏弹性Jeffrey流体电渗速度的解析表达式,分析了无量纲弛豫时间λ1和滞后时间λ2对速度剖面的影响.发现滞后时间为零时,弛豫时间越小,速度剖面图越接近牛顿流体的速度剖面图;随着弛豫时间和滞后时间的增加,速度振幅也变得越来越大,随着时间的增加,速度逐渐趋于恒定.

平行板微通道内压力驱动流的流动机理

由于固-液界面双电层的作用,平行板微通道内的压力驱动流存在动电效应。平行板微通道可简化为二维截面,其截面上双电层电场和速度场的控制方程分别采用Poisson-Boltzmann方程和修正后的Navi-er-Stokes方程。应用有限元法对控制方程进行了数值求解,计算在微通道内流体的平均流速和动电效应形成的流动电势。研究表明,微通道高度和电解质溶液浓度是影响微流体流动的主要因素。动电参数越小,动电效应对微流体的影响越大,实际值偏离经典流体理论值越大;平均流速与通道两端的压力差线性相关。