考虑微观结构影响的混凝土界面过渡区裂隙渗流-溶蚀耦合模型

根据四参数随机生长法生成了混凝土界面过渡区(ITZ)的微观结构,基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别模拟渗流速度场和溶质浓度场的演化,建立了考虑微观结构影响的ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合过程的数值模型。结合2个经典算例,验证了计算模型在处理溶质对流-扩散及反应-扩散问题方面的准确性。最后讨论了渗流流速、Ca(OH)₂含量以及Ca(OH)₂排布状态等因素对ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合作用特性的影响。研究表明:裂隙初始渗流流速越快,壁面的溶蚀速率越快,其整体孔隙率增加越快。ITZ的Ca(OH)₂含量越高,在壁面处其与流体的接触面积越大,溶蚀现象越易发生,并导致裂隙内Ca2+浓度也相应的增加。如果溶蚀出来的Ca2+得不到及时运移,将反过来抑制Ca(OH)₂的进一步溶蚀,故ITZ裂隙的渗流-溶蚀过程受控于Ca(OH)₂含量与Ca2+浓度的综合作用。对于Ca(OH)₂不同排布状态的ITZ裂隙,由于渗流受到微观结构的影响,溶蚀过程稳定后其相对渗透率水平生长最大,均匀生长次之,竖向生长最小。     

考虑壁面滑移的磁流变胶泥缓冲器设计理论与落锤冲击试验

为提高汽车碰撞磁流变缓冲器力学模型的准确性,实现冲击作用下磁流变缓冲器动态特性的高精度预测,基于Herschel-Bulkley模型,同时考虑表观滑移和壁面滑移,建立了缓冲器理论力学模型。通过分析表观滑移和壁面滑移对缓冲器阻尼通道内部压力梯度的影响,结果表明,载液黏度较低时,受表观滑移影响,阻尼通道内部压力梯度有所降低,且在低速下影响更加显著;随着载液黏度的增加,在表观滑移作用下压力梯度有所增加,但对总体影响不大;壁面滑移使通道内部压力梯度明显降低,且随着滑移系数的增加,压力梯度变化更为显著;不同电流、冲击速度下的缓冲器落锤冲击试验表明,理论模型能够较好地预测、表征磁流变缓冲器的力学特性;磁流变胶泥在通道内流动主要受壁面滑移的影响,未出现明显的表观滑移。     

亲/疏水纳米结构表面微通道内流体的流动行为

在毛细管微通道内壁沉积二氧化硅微球并加以亲/疏水改性,以此来构建亲/疏水纳米结构表面微通道,考察了一定粘度的羧甲基纤维素钠水溶液在光滑亲/疏水微通道和粗糙亲/疏水微通道中的流动行为。结果表明,保持压力恒定,光滑毛细管(基材)中的液体流量随着粘度和管长的增加而减小;粘度一定,压力增加,无论壁面光滑或粗糙,疏水管中的流量均大于亲水管,且粗糙管中疏水/亲水流量斜率比大于光滑管;在低压时亲水管流量大于疏水管,而高压时恰好相反。采用滑移理论和牛顿运动定律对上述现象进行了解释,本研究以期为合理地操控微通道内的流体流动提供有价值的指导。     

空泡在T型微通道中的分裂特性

在不同流速下通过精确控制空气和水的入口速度比,获得了不同体积的空泡.借助高速摄像系统记录产生的空泡在T型微通道分岔处分裂的全过程,并采用计算流体动力学对空泡运动过程进行数值模拟.分析了空泡体积和流场速度对空泡分裂特性的影响,从而得出空泡分裂的判据.结果表明:空泡在T型微通道中的分裂包含5种方式,与流场速度和空泡体积相关—流场速度越大,空泡体积越小,空泡发生分裂越剧烈;微通道尺度越小,流体黏性、表面张力以及流速对空泡分裂特性的影响越显著.     

纳米尺度Poiseuille流动中气体黏度的分子动力学研究

受壁面作用和稀薄效应等的影响,微纳尺度通道内的气体流动有别于宏观流动现象.采用分子动力学方法,研究纳米通道中气体的Poiseuille流动,主要对通道内气体黏度特性进行了分析.利用牛顿粘性定律,定义了气体的当地等效黏度.根据模拟结果,可将纳米通道内气体划分为中心区和近壁区两个部分,中心区气体当地黏度与宏观黏度一致,但是在近壁面区,气体受到壁面原子的作用,气体的当地黏度小于宏观黏度值.研究发现:1)不同的气体密度、流固作用势能以及温度下,通道中心区域的气体当地等效黏度均符合对应温度和压强条件下的气体宏观实测黏度值;2)在纳米尺度气体流动中,气体密度越小,稀薄程度越高,气体偏离热力学平衡态越远,所以壁面对气体等效黏度的影响随密度的减少而增大,壁面影响厚度也随之增大;3)气体黏度的壁面影响厚度在10 nm量级,该厚度不随温度和流固作用势能的变化而变化,但是密度越小,壁面影响厚度越大.     

裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合分析模型

从流体扩散能量叠加原理出发，建立了裂隙岩体介质的尖流张量解析表达式。综合应用断裂力学与损伤理论，探讨了复杂应力状态一湍体在压前、拉剪应力状态下损伤的演化方程，提出了渗透胀量随裂隙损伤发展的关系以及裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场事模型。     

裂隙岩体冲击韧性及破坏模式实验

为研究裂隙对岩体冲击韧性及破坏模式的影响规律,以及裂隙岩体在高应变率下的动态破坏特征,采用摆锤式冲击实验机对裂隙及完整岩体进行了不同冲击速度、不同裂隙条件下的冲击实验。实验结果表明,对长度相同的完整试件而言,试件直径越大,即试件体积越大,试件破碎就越充分,断面也越不规整;试件中的裂隙长度越长,试件破坏时的吸收功就越小,冲击韧性也越小,试件吸收功和冲击韧性随裂隙长度的增加而减小;试件裂隙角度越大,试件破坏断面就越不规整,试件破坏后的块度也越不均匀,试件吸收功和冲击韧性随裂隙倾角的增大而减小。     

裂隙岩体冲击韧性及破坏模式实验

为研究裂隙对岩体冲击韧性及破坏模式的影响规律,以及裂隙岩体在高应变率下的动态破坏特征,采用摆锤式冲击实验机对裂隙及完整岩体进行了不同冲击速度、不同裂隙条件下的冲击实验。实验结果表明,对长度相同的完整试件而言,试件直径越大,即试件体积越大,试件破碎就越充分,断面也越不规整;试件中的裂隙长度越长,试件破坏时的吸收功就越小,冲击韧性也越小,试件吸收功和冲击韧性随裂隙长度的增加而减小;试件裂隙角度越大,试件破坏断面就越不规整,试件破坏后的块度也越不均匀,试件吸收功和冲击韧性随裂隙倾角的增大而减小。     

干气密封摩擦界面弹塑性接触刚度模型EI北大核心CSCD

针对干气密封摩擦界面复杂多变的弹塑性变形阶段,基于微凸体在变形全过程满足连续性、光滑性和单调性的特点,通过余弦函数来探究接触面变形量与接触特性之间的关系,建立了具有光滑连续特性的微凸体弹塑性接触模型,然后基于统计学理论,建立摩擦界面整体接触模型,最后将所建立的模型与GW模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型和Li模型五种经典模型进行对比分析,并通过理论分析与数值求解得到干气密封摩擦界面的力学特性及影响因素。结果表明:该模型实现了微凸体在变形全阶段的连续性、光滑性和单调性;接触载荷、接触面积和接触刚度与无量纲接触变形量成正相关;与无量纲表面平均接触距离成负相关,且无量纲表面平均接触距离越小,其粗糙表面发生塑性变形的比重就越大;为使干气密封动环和静环更加可靠平稳地运行,应保证动环和静环的接触面尽量光滑平整,使其无量纲表面平均接触距离控制在2.5以下。     

弹性管束湿模态频率变化对传热特性影响分析

为了研究弹性管束湿模态频率变化对其传热特性的影响,以弹性管束为研究对象,进行实际运行工况下的建模及湿模态数值模拟分析。通过附加质量系数表征弹性管束湿模态频率的变化情况,在考虑流体介质的流速及黏度的影响下,计算得到湿模态频率相应的附加质量系数,并通过湿模态频率的改变对弹性元件换热性能进行分析。分析认为:流体的黏度越高,对弹性换热管束施加的附加质量系数就越大,使弹性元件的湿模态频率降低的越多,处于流场中的弹性元件湿模态频率随来流速度的增加而上升;弹性元件受外部流场流体黏度与速度的影响,湿模态频率越高,受到流体的附加质量系数越小,表面换热效果越好。     

高流动性、强疏水性淀粉的制备及性能

采用干法改性处理技术对玉米淀粉进行改性处理,制备得到具有高流动性及强疏水性的玉米淀粉。通过活化指数、接触角、流动时间及休止角等指标,对改性前后玉米淀粉的流动性及疏水性进行评价。结果表明,经过改性处理,玉米淀粉由亲水性表面转变为强疏水性表面,并且改性后的玉米淀粉具有了良好的流动性。X射线衍射(XRD)测试结果表明,改性处理并没有改变玉米淀粉的结晶结构,只是改变玉米淀粉的表面性质。     

地热对井系统裂隙岩体三维渗流传热耦合的等效模拟方法

研究地热对井系统中的裂隙岩体渗流传热问题对于开采深层地热能和发展可再生清洁能源利用技术具有重要价值。基于渗流传热耦合理论和离散裂隙网络模型,提出了裂隙岩体三维热流耦合的等效模拟方法:考虑由岩块基质及复杂离散裂隙网络组成的双重介质,采用无厚度单元模拟裂隙、线单元模拟对井,通过裂隙、对井和岩块三者之间的流量和热量交换实现渗流和传热过程耦合分析。通过与解析方法和精细模拟方法相比较,验证了等效模拟方法的有效性;并将其应用于含大规模裂隙岩体地热对井系统热采过程的数值模拟,获取了储层内温度场的分布规律,评价了裂隙开度对储层平均温度和整体开采率的影响。结果表明:该文方法能够对裂隙及井筒中的渗流传热行为进行细致模拟,在保证精度的前提下,可大幅减小计算量和计算时长;裂隙网络的非均匀及各向异性分布导致岩体温度场分布呈现高度不均匀性,反映了热流耦合的早期热突破和长尾效应等特点;裂隙内水的对流传热作用明显,冷锋面沿储层内的主要贯通裂隙网络移动,裂隙开度是影响岩体温度场分布的重要因素。     

利用银镜反应制备梯度润湿性表面

利用工艺简单的银镜反应制备了润湿性均一的纳米银表面.该表面具有一定的粗糙度,随着与低表面能的正十二烷基硫醇自组装时间的延长,银表面的接触角逐步增大,并达到超疏水性.通过调节正十二烷基硫醇溶液的浓度或滴加速度,能在同一银表面的不同位置实现从疏水性到超疏水性的梯度润湿性调控.     

承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验研究

地下工程中的破碎岩石在渗流过程中其结构发生两方面变化,一方面由于水压的作用引起孔隙结构发生变化,另一方面固体材料之间的接触应力造成棱角破损。因此,承压破碎岩石的渗流不同于自然堆放状态下的堆石渗流,其渗透特性随着位移或载荷的变化而产生显著变化。基于MTS815.02型岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5mm―10mm、10mm―15mm、15mm―20mm、20mm―25mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,给出了岩样在不同轴向位移水平下的孔压梯度与渗流速度关系曲线,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律,揭示了Darcy流偏离因子可能为负的现象。研究表明:1)随着孔隙率的减少,渗透率呈现整体下降的趋势,而Darcy流偏离因子的绝对值呈现整体上升的趋势;2)破碎岩石的渗透性不仅和外载水平及当前孔隙度有关,还与碎石的粒径、颗粒的排列方式以及初始孔隙结构(如初始孔隙通道)等有关;3)三种破碎岩石渗透率的量级为10-16m2―10-12m2,Darcy流偏离因子的量级为1012kg/m4―1015kg/m4;4)当颗粒的破碎细化现象严重时,Darcy流偏离因子出现负值的可能性较大。     

A molecular dynamics simulation of TIP4P and Lennard-Jones water in nanochannel

Summary. The flow characteristics of the plane Poiseuille flow in the nanochannel driven by a constant external force are studied by the Lennard-Jones and TIP4P potentials. The problem is investigated by the leap-frog method in the field of molecular dynamics. In this work, the wall boundary condition is considered to be the situation that the water is absorbed on the metal wall and is then formed to be flat ice. Both global effect (effective channel width) and local effect (wall boundary types) are examined to demonstrate the features of the distributions of velocity and its gradient in the system. When the effective channel width is less than a critical value, the numerical results show that the Navier-Stokes theory would fail to predict the velocity distribution. Furthermore, the velocity profile at a virtual slip plane presents the slip condition. Finally, we can reason that the surface effect exists and will affect the shear stress in the nanochannel.     

MHD boundary-layer flow of a non-Newtonian fluid over a continuously moving surface with a parallel free stream

Summary The MHD flow and heat transfer of a non-Newtonian power-law fluid over a continuously moving surface with a parallel free stream have been investigated. The partial differential equations governing the non-similar flow have been solved numerically using an implicit finite-difference scheme. The skin friction and heat-transfer coefficients increase with the magnetic parameter, and they are more for the pseudoplastic fluid than for the dilatant fluid. The heat-transfer coefficient increases significantly with the Prandtl number. The gradient of the velocity at the surface is negative when the wall velocity is greater than the free stream velocity, and it is positive when the wall velocity is less than the free stream velocity.     

循环冲击下风化花岗岩渗透性演化规律

针对低渗透离子型稀土矿体回采效率低的缺点,提出利用爆炸应力波改变岩体内部孔隙结构进而提高渗透性的设想,并通过试验进行验证。选取赣南某离子型稀土矿弱风化层花岗岩为研究对象,利用改进的SHPB装置进行等速循环冲击,结合GDS-VIS三轴渗流试验,分析风化花岗岩循环冲击后的破坏模式,并研究有效孔隙度对循环动荷载前后岩石渗透性变化规律的影响。研究结果表明:随着冲击次数的增加,风化花岗岩抗冲能力逐渐减弱,其破碎程度与冲击速度呈正相关;冲击速度为4 m/s和5 m/s的等速循环冲击会使风化花岗岩渗透性呈现先减后增的趋势,而冲击速度为6 m/s的等速循环冲击会使风化花岗岩渗透性持续增大至岩样损坏;岩体渗透性受其有效孔隙度的影响,随有效孔隙度的增大整体呈现上升趋势,同时风化花岗岩初始有效孔隙度越大,冲击后其内部孔隙结构更易发生改变,后续循环冲击荷载下增渗效果更明显。