水-沙幂律流体的流动(层流)特性研究——水石流的幂律体模型(上)

本文以粘性流体的运动方程及幂律体的本构方程为基础，直接导出了水沙幂律流体二元明槽均匀层流及紊流的流速分布、平均流速以及阻力公式；同时提出了流体层流流动的稳定性参数，并由此得出了水沙幂律流体从层流过渡到紊流的临界条件。     

幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性研究

研究了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性，通过边界层动量积分法求解了Brinkman-Darcy流动模型的动量方程，得到了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的无量纲速度分布。计算分析发现，未填充多孔介质区域的无量纲速度和速度峰值随填充厚度的减小先增大后减小，填充厚度较厚时：随达西数与幂律指数的减小而增大；随着填充厚度减小，达西数对速度峰值的影响减弱，速度峰值随幂律指数的减小而减小。     

微通道内幂律流体电渗流的量纲分析

运用量纲分析法对微通道内非牛顿幂律流体电渗流(EOF)进行公式推导和参数分析,得出了EOF速度和外加电场、稠度系数、Zeta电势之间存在的数学关系,并基于Poisson-Nernst-Planck模型有限元法对幂律流体EOF进行模拟分析,验证了上述数学关系的正确性。结果表明微通道内幂律流体EOF速度与外加电场、Zeta电势以及稠度系数均成幂函数关系,并且稠度系数的指数为幂律指数的负倒数。该结论对研究非牛顿幂律流体在微通道内的EOF理论研究和实验优化具有参考价值。 更多还原     

水泥3D打印喷头中浆体的流动分析

针对水泥浆体在流经水泥3D打印样机喷头结构时沾黏、流动性差的问题,提出一种基于多松弛参数格子玻尔兹曼方法（MRT-LBM）的模型,研究幂律流体在单螺杆机构中的流动特性. 采用MRT-LBM修正模型,对水泥浆体在喷头中的流动情况进行数值模拟,得到水泥浆体在喷头装置内不同位置处的速度分布情况,为水泥3D打印喷头结构提出改进方案. 通过已有理论解的泊肃叶流对修正后的MRT-LBM模型进行详细论述,并将解析解与MRT-LBM修正模型得到的结果进行对比,验证分段幂律模型的可行性. 最后,改变晶格节点的数量（10~500）,计算实验结果与理论结果的相对误差,结果表明修正后的MRT-LBM模型是稳定的.     

气固循环床上行两相流颗粒曳力系数研究

在高16 m气-固循环流化床提升管内,通过测定表观气速、颗粒质量流率和不同轴向高度的床层平均颗粒浓度,结合对单颗粒进行受力平衡分析,间接获得了不同轴向位置的颗粒曳力系数.同时通过分析雷诺数、阿基米德数、床层颗粒浓度对颗粒曳力系数的影响,结合实验中所获得的数据,提出颗粒曳力系数的关联式.该关联式考虑颗粒的物性参数、操作条件对曳力系数所造成的影响,其预测值与本文和文献实验值吻合良好,并且在一维轴向均相模型下较好预测了床层内轴向压力分布.     

CFB-FGD布袋除尘器内气固流动特性的数值模拟研究

采用k-ε双方程湍流模型和离散相模型对循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)布袋除尘器内气固两相流动进行了数值模拟,分析了进口烟道结构形式、气流均布板和锅炉负荷等对改进前后布袋除尘器的流场分布、阻力特性及颗粒相流动状况的影响规律.模拟结果表明,渐扩型进口烟道和具有一定开孔率的气流均布板可很好地改善除尘器内流场分布的均匀性.与布袋除尘器原型相比,改进型除尘器内的颗粒流动更加均匀,同时灰斗积灰对颗粒相均匀分散有一定的改善作用.不考虑粉尘堆积情况下,改进型布袋除尘器总阻力损失与锅炉负荷满足二次函数关系.     

基于主方程的加速生长网络分析

针对BA模型的非加速生长特性，采用主方程方法研究加速生长网络模型.构建一个加速生长网络，根据主方程建立了概率方程，应用母函数方法求解概率方程，获得了加速生长网络模型的母函数及入度表达式.讨论了加速指数对整个网络生长的影响，并推导出平均入度的表达式.对加速生长网络模型的网络规模和入度分布进行了数值仿真，结果表明，加速生长网络具有一般无标度网络的幂律分布以及不同于一般无标度网络的加速特性.     

复合吸水颗粒深部液流转向剂注入性研究

由于吸水网络与控制网络的互穿结构,复合吸水材料颗粒具有吸水膨胀速度可控、吸水后强度高的特点.通过填砂管模型、变径管模型研究了复合吸水颗粒深部液流转向剂的注入特性、吸水后在孔喉中的运移情况.实验结果表明:在粒径小于孔喉尺寸的前提下,未吸水膨胀前颗粒可以顺利注入;吸水后即使颗粒直径大于孔喉直径也可以通过拉伸变形顺利通过,通过后立即恢复原状.注入过程中填砂管渗透率降低,颗粒膨胀后渗透率进一步降低,颗粒膨胀后在驱替压力足够大的情况下依然可以在填砂管微孔中运移.     

Characteristics of Convection Heat Transfer in Power-Law Fluid Saturated Porous Media Channel

幂律流体饱和多孔介质通道内对流换热特性

田兴旺¹,张琨¹,刘峰¹,王平²,徐士鸣²

（1.大连海洋大学 海洋与土木工程学院,辽宁 大连 116023;2.大连理工大学 能源与动力工程学院,辽宁 大连 116024）

摘 要：

基于Darcy-Brinkman-Forchheimer流动模型和局部非热平衡模型,考虑黏性耗散效应的影响,建立了幂律流体在多孔介质通道内流动传热的一般模型。推导出无量纲速度分布和流、固温度分布的计算表达式,并在恒热流边界条件下,利用经典的四阶Runge-Kutta法进行了自编程序的数值求解。模拟结果表明,无量纲的相间传热系数Bi、有效导热系数比k、达西数Da,布林克曼数Br、综合惯性参数F等表征参数对无量纲流、固温度分布有着较大的影响,同时发现不同幂律指数的流体对流动传热特性也有着重要的影响。

关键词：粘性耗散;幂律流体;多孔介质;局部非热平衡;数值模拟

     

激波加载固定单双球模型有效阻力测量

提出利用动态压力测量确定激波加载固定颗粒群有效阻力的新测量方法,针对单、双球模型推导了有效阻力表达式,构思了颗粒群模型固定方法,设计了动态压力固定装置和模型球间距可调的可视化实验段.通过膜片材质与厚度、驱动气源等的选择对气相参数实现精确控制,利用细金属丝、笼状支架的连接方式实现颗粒群有效阻力向动态压力信号的转换,通过动态压力P的测定,利用有效阻力表达式最终确定颗粒群有效阻力.为深入开展激波与颗粒群相互作用机理研究和建立更合理的颗粒群阻力系数模型,攻克了后续深入研究的关键难题.     

含颗粒的幂律流体两相湍流研究

建立了含颗粒的幂律流体两相流动控制方程，首次对泵离心叶轮内含颗粒的幂律流体两相流动进行了计算研究，计算结果表明：从进口到出口，幂律流体的速度减小，压力随半径增大逐渐升高，且压力面上的压力大于吸力面上的压力；吸力面上的颗粒拟温度小于压力面上的颗粒拟温度，且靠近壁面处的大于叶道中的；最后比较了液固两相流与含颗粒的幂律流体的两相流的流动，流体相的紊动能有一定的差别，而且颗粒拟温度也有较大差别。     

Experimental Study on Electrorheological Performance of a Composite Material

By using SrTiO3/PANI as a dispersed phase and silicone oil as a dispersion medium,the rheological characteristic of the dispersion medium under an electric field and the ERF performances of the mixture of Sr-TiO3/PANI composite particles and silicone oil under different dispersed phase consistencies and diffetent medium viscosities have been investigated.The measurements of the rheological characteristic,that is the shear stress of ERF,under shearing flow were performed with a Couette-type theometer manufactured by HAAKE.It is proved that the rheological characteristic of the dispersion medium follows Newtonian fluid viscosity law and the ERF rheological characteristic of the mixture of the dispersion medium and dispersed phase obeys Bingham fluid model under electric field.The experimental result shows that the effects of different phase consistencies and different dispersion medium viscosities on ERF perfomances are great.The testing expressions of shear stress vs.electric field under different conditions have been obtained by oplynomial fit,which is the theory foundation of application in engineering.     

非牛顿钻井流体流动计算机智能解析方法

钻井液体在环形钻杆空间中的运动,可归结为幂律流体管内流动和螺旋流动。由于幂律流体的本构方程,在运动方程中产生速度梯度的非线性项,求解过程比较复杂。因此应用计算机符号运算、改进的Kantorovich变分法和幂律流体模型相结合,并采用局部线性化的方法,提出了解决运动方程中出现的非线性问题的方法,即计算智能解析方法应用于非线性问题,研究了幂律流体管内非定常流动,研究方法及其结果可以推广到幂律流体螺旋流动情形。     

水平管道内冰浆流动阻力特性预测模型及比较

为研究水平管道内冰浆流体流动阻力特性,采用两相流混合模型,对不同工况下浆体所表现出的牛顿与非牛顿流变特性给予分段考虑,通过计算流体力学（CFD）模拟方法再现了水平管道内冰浆流体等温流动过程。研究结果表明,当浆体输送速度较高时,Thomas方程可很好地刻画出混合相流体的粘度特性。随着浆体速度降低,利用Bingham流变模型来刻画低速工况下混合相流体的流变特性可获得更为理想的效果。通过对比数值模型及现行实验关系式阻力模型发现,数值计算模型因能综合考虑管道压降的多种影响因素,模型的精度与通用性可得到较好的平衡。文中所验证的4组工况中,数值模型的预测值与实验值间的相对误差均可控制在±15％内。     

蒸汽吐吞稠油热采产量递减分析方法研究

产量递减分析作为储层参数求取及单井控制储量计算的一种重要方法,已经在常规及非常规油气资源储层评价及动态储量计算方面得到了广泛应用。为了对蒸汽吐吞稠油藏进行产量递减分析,建立牛顿?幂率流体径向复合油藏不稳定渗流数学模型,求解模型得到对应的NPI产量递减和Blasingame产量递减特征曲线。结果表明,该特征曲线分为四个流动阶段（牛顿流体径向流阶段、过渡流阶段、幂率流体径向流阶段和拟稳态流动阶段）;幂率流体径向流阶段NPI积分导数曲线呈斜率为(1-n)/(3-n)的直线,幂率指数和流度比越大,幂率流体流动阶段曲线越高。通过该模型对辽河油田进行实测数据拟合解释,验证了该模型的准确性。     

海底碎屑流对海洋桩的冲击

通过改变坡度和高岭土的质量分数,进行12组模型试验. 采用H-B模型和幂率模型描述泥浆流变性质,得到适用于非牛顿流体的修正雷诺数;根据流体力学理论,建立无量纲阻力系数与非牛顿流体雷诺数之间的关系式. 结果表明：不同配比的泥浆黏度有较大的差异,采用幂率模型或H-B模型可以描述泥浆的剪切稀释特性. 桩身弯矩在水土界面处达到最大值,受到桩周土反力作用,桩身弯矩沿埋深减小;海洋桩的桩阻力系数随非牛顿流体雷诺数的增大而减小.     

Autoregressive bispectrum characteristics of magneto-rheometer

The operating principle of measuring rheological properties of magnetorheological(MR) fluid was expounded by means of a new rheometer with double driving discs rotating at the same speed in the opposite directions.The constitutive equation of MR fluid was established with theoretical analysis from experimental data.The conventional power spectrum approach was unable to detect the existence of quadratic phase coupling for dynamic rheological measurement.Bispectrum analysis is emerging as a new powerful technique in signal processing,which can describe nonlinear coupling,restrain Gaussian noise and reserve phase component.An autoregressive(AR) model of the third order cumulant,the bispectra and bispectral contours were utilized for analyzing the dynamic characteristics of the MR rheometer by merely using the sampled output torque signals when a zero mean non-Gaussian white noise interferes with the rotary disc system.The measurement and analysis process based on virtual instruments were automatically controlled by computer in this paper.The experimental and theoretical results show that rheological properties and dynamic characteristics of MR fluid can be measured with this double disc rheometer.     

弯管处液液两相流空化腐蚀研究

在集输管线中,油水两相流经弯管时其速度和压力会发生变化,使弯管处的腐蚀程度增加,导致弯管因腐蚀而引起的事故频发。以水为离散相,通过RNG k-ε湍流模型和DPM模型相结合的方法,对管道中的流动状态进行数值模拟研究,得出了管道腐蚀随影响因数的变化规律,并采用Origin软件对模拟数据进行处理,运用正交试验法对数据进行了分析。结果表明,不同的管道参数对空化腐蚀速率的影响是不同的,其中管径的影响最大,水滴颗粒的质量流量、流体的入口速度、管道的弯曲角度次之,弯径比对空化腐蚀速率的影响最小。研究结果可对集输管道的设计和运行管理提供技术支持。     

润滑脂管内流动产生壁滑移时的动能修正系数

通过理论分析与实验研究,证实了管内流动的润滑脂在所实验的剪切速率范围内均产生壁滑移现象;以含壁滑移影响的流变方程为基础,推导了动能修正系数理论公式;为了工程应用方便,根据理论公式的量纲分析和实验总结,首次建立了含有壁滑移影响的动能修正系数准则方程,该准则方程简单实用,与理论公式较吻合,且适用于实验范围内的不同管径,为研究润滑脂集中润滑系统的管道流动特性提供了一种新的简便方法;它不仅适用于有壁滑移的Herschel—Bulkley流体,也适用于有壁滑移的宾汉流体和幂律流体。     

低渗透油藏渗流压力差分方法数值模拟

针对低渗透油藏中实测的压力降落或恢复曲线与经典的曲线拟合度不高的问题,基于幂律非线性渗流模式,采用差分离散方法,建立了一种快速求取压力的方法,并给出了动态渗透率和传导率的计算方法,进行了压力样板曲线敏感性分析。研究结果表明,幂律系数越大,压力样板曲线上翘幅度越大;井筒存储系数和表皮系数越大,流体进入拟稳态渗流的时间就越晚;封闭边界油藏曲线上翘的分辨点明显,并伴随曲线交叉,而定压边界则相反,但两者进入拟稳态径向渗流后,样板曲线均为一簇平行的倾斜线。