水合物加热开采时土体变形数值分析

天然气水合物是未来的一种新型能源,但水合物的分解可能使地表产生较大的变形,从而影响到开采平台及地面建筑的稳定性,甚至带来环境灾害.基此,文章利用有限元法对水合物的加热开采过程进行了热力耦合分析,得到了水合物开采过程中土体的变形规律.计算结果表明：水合物加热开采时,土体变形量随着分解半径的增大而非线性增加;当水合物分解半径为40m时,地表最大沉降迭0.38m,最大水平位移为0.12m.     

非牛顿幂律流体液滴铺展特性

目的 研究假塑性流体和胀流型流体在显微镜载玻片及云母表面上的铺展动力学.方法 采用液滴铺展法测试两种流体在毛细区铺展半径随铺展时间的变化关系.结果 对于完全浸润系统,铺展半径随时间的演化可用幂指关系表示,其中假塑性流体铺展指数m小于0.1,胀流型流体铺展指数m大于0.1.m小于0.1时铺展速率低于牛顿流体,m大于0.1时铺展速率高于牛顿流体,同时流体非牛顿效应越强,铺展指数偏离牛顿流体理论值0.1越大.部分浸润系统,铺展半径与时间呈非单一幂指函数关系.结论 笔者提出的指数关系R描述其铺展的规律,可很好描述整个铺展过程液滴半径随时间的演化.假塑性流体和胀流型流体铺展定律与牛顿流体显著不同,幂指数n是影响铺展定律的关键参数.     

二氧化碳管道运输系统优化模型及其应用

二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)作为能够实现煤化工行业温室气体大规模减排的前沿技术,已成为当前研究热点.而管道运输是该技术得以实施的关键环节,高昂运输成本是影响该技术大规模推广的主要因素.因此,通过开发煤化工二氧化碳(CO_2)捕集压缩、管道运输系统优化模型,实现CO_2管道运输系统内关键环节的工艺和技术优化配置,降低捕集压缩、运输及注入整个系统的总成本.将模型初步应用于陕西延长榆林煤化工CCUS项目,结果表明:当封存区域CO_2封存需求量小,而且能够在封存现场提供方便的液化压缩设备时,榆林能化煤化工企业可以采用气相压缩输送方案,并结合封存地点液化加压注入;对于大规模CO_2封存及运输需求时,推荐超临界/密相CO_2输送,能够有效减少封存区再次加压环节的成本,从而使整个流程更为经济.     

垂直管内水合物浆液流动特性的CFD-PBM数值模拟

深海天然气水合物在固态开采过程中,当温度、压力平衡被打破时,开采管路中的水合物浆液由液固(水合物颗粒、海水)两相变为气液固(天然气、水合物颗粒、海水)三相的流动。以水合物浆液的气相为主要研究对象,采用CFD-PBM模型对气泡行为变化进行Fluent模拟,并对该模型进行了验证,模拟结果与实验值吻合度较高。结果表明,PBM模型模拟的浆液流态分布较为均匀,气泡的大小在流动过程中主要从小气泡到大气泡;气泡的初始速度对管道水利提升速度影响较大;在浆液湍动能为0.5 m2/s3、气含率为0.3时,气泡会出现二次聚并破碎。通过CFD-PBM计算得到水合物浆液体系中气泡大小分布能够较好的预测水合物颗粒分解出气相后的浆液流动特性。     

液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析

利用VOF方法建立单个液滴与基板发生碰撞沉积变形的模型,分别对液滴的运动、射流、弛豫和浸润等4个阶段形态变化进行了分析。对模拟结果分析发现:液滴碰撞速度越大,射流能达到的铺展半径越大,液滴最后平衡所用的时间也越长,但速度太大可能导致在浸润阶段液滴回缩时形成中间空缺的现象。模拟结果与照片相符合,说明文中研究方法可行。对液滴铺展达到最大半径、平衡态半径的模拟值和计算值进行比较,二者的误差很小。液滴流场的变化是决定其形态变化的本质,通过对模拟得到的液滴内部流场进行分析,流场变化和液滴4个阶段的形态变化完全一致,从液滴内部掌握了其变形机理。     

液滴撞击圆柱外表面蒸发换热的数值模拟

为进一步研究液滴撞击加热壁面过程中的破裂现象及不同参数对液滴蒸发换热的影响,采用CLSVOF方法和相变模型对液滴撞击加热圆柱外表面进行三维数值模拟.模拟过程中考虑了壁面温度、接触角以及撞击速度对液滴蒸发换热的影响.结果表明:液滴产生破裂的位置与液滴撞击壁面时的速度有关,当撞击速度较小时,破裂产生于液滴中心处;当撞击速度较大时,破裂处位于中间和边缘两部分液体之间.液滴撞击壁面后,在三相接触线和液滴破裂处附近产生了蒸汽旋涡,强化了液滴与壁面间的换热,增加了液滴侧的壁面热流密度.短时间内壁面温度对液滴蒸发量的影响较小,但撞击速度与接触角对其蒸发量的影响较大,且接触角越小,撞击速度越大,壁面平均热流密度越大,液滴蒸发量越大,有利于液滴与壁面间的换热.     

电润湿效应下液滴动态接触行为分析

为研究电润湿条件下液滴动态接触行为的动态变化机制,采用动态接触角理论,建立电润湿下液滴的数值模型,并对液滴动态接触行为进行分析,系统地研究体积和壁面条件对液滴动态行为的影响。结果表明：当液滴体积从2μL增加到6μL时,液滴接触半径的最大振幅从0.16 mm增加到0.23 mm,当液滴初始角度从100°增加到115°时,振幅从0.13 mm增加到0.18 mm;同时,滑移长度从0.5μm增加到2μm时,振幅最大值从0.21 mm增大到0.29 mm。液滴体积越大、壁面的阻力越小和疏水性越强,液滴具有更高的动能以及更大的振荡幅度。此外,液滴初始动能越大,液滴的振荡更加剧烈。通过揭示液滴在电润湿过程中的动态接触行为机制,为通过电润湿效应改善微通道传热特性的研究提供理论依据。     

电解法促进橄榄石固定二氧化碳的研究

介绍了一种采用电解法促进橄榄石固定二氧化碳的新方法.该法采用电解NaCl溶液制取NaOH与HCl,HCl浸取橄榄石中的镁生成含镁离子溶液,用NaOH吸收模拟烟气中的CO2,形成含NaHCO3的溶液,在一定条件下将两种溶液混合可以形成MgCO3沉淀.对粒度、溶解温度、酸液浓度等影响橄榄石固定二氧化碳的因素进行了研究.结果表明:电解法可以有效促进橄榄石固定二氧化碳,随橄榄石粒度的减小,其溶解性逐渐增大,当粒度减小到110μm以下时,其溶解性变化不大,最佳的粒度为小于110μm.当溶解温度升高时,橄榄石中镁的溶解度先增大后减小,在90℃时溶解效率最高;随酸度的增加其溶解效率逐渐增加.     

原位晶体生长及化学反应的湿环境扫描电子显微分析

采用环境扫描电镜(ESEM)及微操纵/微注入系统(MMI/MIS),动态观察NaCl晶体的原位溶解和结晶过程以及BiVO4晶体的原位反应.实测MMI系统的针尖在线性进退(Z-轴)、水平(X-轴)转动和垂直(Y-轴)转动3个方向的位移精度分别达到5、5和0.5 nm.MIS系统的液滴尺寸为200~300μm.通过改变样品室压力(420~850 Pa)和样品温度(-1~50℃),控制水的蒸发和凝结状态,研究水湿环境对晶体的溶解、生长及生长速率的影响.采用2个MMI/MIS系统,通过液体微注入方式,在700 Pa和4℃下分别注入NH4VO3和Bi(NO3)3液滴,得到原位反应产物BiVO4八面体.     

天然气水合物分解动力学模型研究(85)

应用本征气体化合物分解动力学的改进模型对天然气水合物的成分分离情况进行预测,分析各种天然气水合物分解动力学及其分解率最大估值公式.研究认为,在相同的驱动梯度下,天然气水合物的分解速度相对更慢;用客体解吸驱动梯度和气水合物分解速率的上极限表示的水合物晶格熔解过程具有独立性,应用分子分解速率流标准化公式能得到不同化合物形式的分解速率常数.     

旋转注射分散混合机理研究

采用旋转注射混合技术,将组分Ｂ以液滴形式与组分Ａ混合。通过对组分Ｂ液滴的受力分析,得出了液滴半径γｂ的方程,由此分析了各有关参数对ｒｂ以及对分散混合效果的影响,提出了一系列增强分散混合效果的措施,同时也指出了这些措施均有一定负作用。     

基于格子Boltzmann的喷印OLED散点墨滴沉积仿真分析

为解决喷印OLED发光层制备中基板污点、涂布不均等问题引起的Mura缺陷,建立基于BGK-LBM（单松弛格子Boltzmann方法）的三维数值模型,对喷印OLED像素槽附近墨滴落点偏差引起的散点沉积缺陷进行仿真分析。先研究不同墨滴尺寸以不同撞击速度撞击不同接触角平板后的最大铺展半径,再以最大铺展半径为参考研究不同润湿性梯度下的像素槽外墨滴的铺展回流。结果表明：对于微米级直径的OLED喷印墨滴,尺寸越大、墨滴撞击速度越大、像素坑内接触角越小其最大铺展半径越大;而针对存在落点偏差的散点,当最大铺展半径大于或等于散点的落点偏差时,将在足够的像素槽基板内外接触角差值引起的润湿性梯度牵引下重新进入像素槽内;撞击速度还影响其回缩阶段的回缩速度,撞击速度越小回缩越慢,因而墨滴会存在受到润湿性梯度的影响而被牵引向润湿度高的一侧;只有当像素槽内外接触角造成的润湿性梯度足够时,在撞击铺展后边缘进入像素槽边界处的墨滴才能被牵引重新流入像素槽内,散点沉积缺陷即得到抑制。本文提出的最大铺展半径可以用来拓宽像素槽外墨滴的有效落点范围,作为喷印OLED制备中打印精度控制的参考,用于指导生产。     

液滴碰撞不同湿润性表面的行为特征

为了探究湿润性对液滴撞击行为特性的影响,制备超亲水、亲水、超疏水高黏附、超疏水低黏附4类湿润性表面.利用直径为1.96、2.61、3.06 mm的液滴,在不同的高度下开展液滴碰撞4类湿润性表面的实验.结果表明,在不同We下,液滴碰撞特性受撞击表面湿润性的影响较大,在亲水以及超亲水表面主要表现为铺展特性,但在超亲水表面扩展更显著;在超疏水低黏附以及高黏附表面主要表现为弹跳特性,但当表面为低黏附时,液滴主要表现为完全弹跳.在We-Re坐标下,4类表面各自的液滴碰撞特性可以划分为差异明显的不同铺展或者弹跳现象.4类表面各自的扩展系数β随无量纲时间τ的变化趋势随We的变化基本保持不变,但β的最大值随We的增大而增大.     

Application of carbon isotope for discriminating sources of soil CO_2 in karst area, Guizhou

Using carbon isotope of soil CO2 this paper discussed the sources of soil CO2 in karst area, Guizhou Province, China. Oxidation-decomposition of organic matter, respiration of plant root and activity of microbe are thought to be the major sources of soil CO2. However, in karst area, the contribution of dissolution of underlying carbonate rock to soil CO2 should be considered as in acidic environment. Atmospheric CO2 is the major composition of soil CO2 in surface layer of soil profiles and its proportion in soil CO2 decreases with increase of soil depth. CO2 produced by dissolution of carbonate rock contributes 34%-46% to soil CO2 below the depth of 10cm in the studied soil profiles covered by grass.     

吐哈盆地台北凹陷侏罗系煤源岩排烃模拟研究

应用排烃门限控油气理论,对吐哈盆地台北凹陷我系煤源岩排经过程进行了数值模拟。模拟结果表明,研究区煤源岩在埋深５００ｍ左右同时进入排甲烷气、排重烃气门限,并于２０００ｍ左右进入排液态烃门限,在埋深为３５００ｍ左右达到排烃高峰。现今１ｍ＾３源岩排出的甲烷气、重烃气和液态烃量分别为６４．７２ｍ３、３．８２ｍ３、３４．９７ｋｇ。煤源碉主要以水溶、扩散、油溶和游离四种相态排运油气,其中油溶相和游离相起决定作     

十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction,VOF）模型,针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究,分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响,为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加,液滴生成直径减少,生成频率增大;增加连续相黏度时,液滴生成直径变小,生成频率的变化则相反;当分散相黏度超过连续相黏度时,出现射流现象而不能生成液滴;液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大,生成频率降低;增大壁面接触角有利于液滴的产生,且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时,接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。     

T型微通道内液滴形成过程及长度的实验研究

利用高速摄像机研究截面为400×400 μm的正T型微通道内液-液两相流动特性,离散相（硅油）和连续相（质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠SDS蒸馏水）的体积流量范围分别为1~5、2~110 mL/h. 结果表明,两相流型主要为弹状流和滴状流,前者的形成机理为挤压机理,后者为剪切机理. 液滴的长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低. 液柱长度的变化规律与液滴长度相反. 液滴生成时间随离散相与连续相的体积流量的增大而逐渐降低,剪切机理生成液滴所需时间小于挤压机理. 依据实验结果,采用离散相与连续相体积流量比和连续相的毛细数,总结出无量纲液滴、液柱长度及液滴生成时间的预测关联式.     

外加纵向磁场对CO_2焊接短路液桥的影响

为了减少CO_2焊接飞溅,利用高速摄像装置拍摄外加纵向磁场作用下CO_2焊熔滴过渡过程,对液桥形成段、液桥缩颈段进行了研究.结果表明,当施加低频磁场时,随着磁场频率的增加,熔滴半径随之增大并在磁场频率为60 Hz时达到最大值,此时球状熔滴的体积最大;随着磁场频率的增加,液桥形成段缩短,促进了短路初期的熔滴过渡过程.当施加高频磁场时,液桥缩颈段赤道面的最小半径减小,促进了短路末期的熔滴过渡过程.外加纵向磁场可以有效促进熔滴的短路过渡过程,从而减小CO_2焊接飞溅.     

氮液滴在气流中的破碎和碰撞模拟

为揭示喷雾冷却中雾场氮液滴的行为,基于流体体积法(VOF)建立氮液滴的碰撞模型,对氮液滴在高速气流下的不同碰撞过程进行数值模拟,研究碰撞过程中液滴形态及气隙压力的变化情况.设定相同与不同液滴尺寸的液滴碰撞,以及对心与偏心液滴碰撞等4种不同条件,分析在各种碰撞条件下,碰撞初始条件改变对于液滴形态与后续液滴大小的影响.数值计算结果表明:高速气流下液滴发生碰撞时,其破碎形态主要由气流速度决定,而碰撞参数B主要决定液滴拉伸形成韧性带的方向;液滴接触时形成的气体间隙,其压力呈现先增大后减小的趋势;与对心碰撞过程相比,偏心碰撞时气隙压力会更快释放;相同尺寸对心碰撞的后续液滴分离情况最差,这是由于韧性带沿着气流方向,导致液膜没有明显破碎,对于后续液滴蒸发不利.     

工业纯铝在模拟海水中的电化学腐蚀行为

为研究铝在海水中的腐蚀过程,采用电化学阻抗谱、浸泡试验、扫描电子显微镜研究工业纯铝在模拟海水中的腐蚀行为.结果表明:铝在模拟海水中发生点蚀的区域为富含Fe的晶间化合物处,点蚀半径随时间的增加而扩大.铝在模拟海水中的溶解曲线分为4个区间:活性溶解区、过渡区、过钝化区、钝化区.铝在模拟海水中,极化电位为过钝化区时,转移电阻R t随着电位的升高而变小,铝发生严重的点蚀;而极化电位为钝化区时,铝的转移电阻R t随着电位的升高基本不变,铝的溶解行为受到抑制.工业纯铝在模拟海水中发生点蚀的电位区间是-0.45～-0.65 V,钝化电位区间为-0.75～-0.85 V.