液体壁面滑移的分子动力学研究

以平行板间液氩的Poiseuille流为例,用分子动力学模拟的方法,对壁面润湿性、外部驱动力以及通道宽度影响液体壁面滑移现象进行了研究.结果表明:在疏水性微通道中,液体的流动存在边界正滑移;在亲水性微通道中,在外力较小时,液体的流动存在边界负滑移,即有类似宏观的边界粘滞层存在,而当外力逐渐增大时,边界滑移从负滑移变为正的滑移.液体在不同宽度的微通道中流动时,绝对滑移长度均随外力的增大而变小,并趋向于定值.研究还发现在不同空间大小的通道中,壁面滑移速度随外力的增大而增大的变化存在拐点,在拐点两侧,界面作用的影响不同.     

神经网络方法在致密油藏非线性渗流模型中的应用

微纳米尺度下,流体的流动规律呈现非线性渗流规律,故需基于微纳米空间中受限流体的非牛顿流体特征,建立液体的非线性渗流模型,模型中的参数需要通过流动实验得到。为了更方便地获取模型参数,预测流体在致密油藏孔隙中的渗流特征,该文基于神经网络预测方法,用现有的实验拟合数据进行机器学习,从而预测出模型参数。并以胜利油田某致密油藏为研究对象,选取77块致密岩芯并测量其物性参数,将渗透率、孔隙半径和稠度系数作为输入参数,建立了预测模型参数的神经网络模型。研究结果表明：使用反向传播神经网络方法,可以准确预测致密油藏中油和水流动时的非线性渗流模型参数,未来可用于预测油藏储层中其他物性特征,具有较高的准确性和广阔的前景。     

仿生水黾机器人的漂浮特征

水黾是一种栖息于静水面或溪流缓流水面上的常见昆虫。它主要利用水的表面张力实现在水面上的漂浮。由于其独特的漂浮机制和高效的划水方式,近年来,引起了越来越多的学者的研究兴趣。此文在Yun Seong Song等建立的支撑腿数学模型的基础上,进一步研究超疏水材料在仿生水黾机器人研制中的应用价值,即超疏水材料制成的支撑腿可以增加机器人在水上漂浮的安全性及减小运动阻力。为了进一步提高仿生水黾机器人的承载能力,增加支撑腿与水面的接触长度是关键。本文提出采用多根腿并排的方法进一步提高腿部的支撑能力。通过对平行腿不同间距时提供的最大支撑力研究,确定了一定区域内设置不同平行腿间隔时,支撑腿获得的最大支撑力的计算方法。计算结果与实验数据符合得较好。     

液体在润湿性微管中流动的边界负滑移特征

该文通过分子动力学模拟,研究了亲水性壁面不同通道宽度中滑移长度的特征.结果表明在小剪切率下壁面存在负滑移,流体在固壁边界受到黏附力作用.在相同润湿性下,通道宽度不影响滑移长度,滑移长度只随壁面附近流体剪切率的变化而变化,滑移长度的绝对值随剪切率的增大而减小,当剪切率增大到某一值后滑移长度趋于定值.随后对去离子水在直径为10μm的亲水性微管内的流动进行了实验研究,并与分子动力学模拟结果进行了比较.实验结果表明:在低速流动下(剪切率较小时),去离子水在微管内流动的流量与剪切率呈线性关系,且存在启动压力梯度,这是由于去离子水在微管内流动时的边界负滑移造成的,且滑移长度与剪切率呈非线性关系,随着剪切率的增大,实验值趋近于某一稳定值.这一实验结论与分子动力学模拟结果吻合的很好,表明了流体在润湿性微管内流动时,边界存在负滑移,固壁边界附近存在不流动的黏附层,这也是液体在低渗透多孔介质中渗流时存在启动压力梯度的原因.     

微纳米尺度下页岩气的质量流量特征分析

页岩气流动特征复杂。一些学者已对页岩气渗流进行了探讨,但这些模型大多只包含了页岩气渗流的部分机理。该文基于页岩气藏复杂孔隙结构和页岩气在纳米孔隙表面的滑脱、扩散等现象,通过建立天然气单相流动模型,从质量流量角度,详细阐述了页岩气的流动机理及滑脱、扩散等因素对页岩气流动特征的影响。质量流量的特征研究表明:达西流动产生的流量与地层压力、压力梯度和渗透率成正比;低压下,气体的滑脱效应、扩散效应明显,扩散产生的流量所占比例较大,高压下,渗流以达西流为主;滑脱产生的流量与压力梯度、渗透率成正比,压力梯度和渗透率一定时,滑脱流量为定值,与地层压力无关。扩散对页岩气流动的影响与滑脱相类似:随着地层压力增大,扩散作用明显减弱,扩散产生的流量与压力梯度成正比;扩散流量与渗透率无关,扩散对压力的敏感度大于滑脱。     

防雾剂的制备和性能研究

通过对玻璃雾化的原理分析，并结合相关研究成果及物理原理，概括出防止玻璃雾化的几种方法。并通过对防雾方法的分析，得出现阶段在防雾产品得出现阶段在市场上的防雾产品主要以亲水性为主。最后，在防雾剂性能的研究过程中，通过对几种具有防雾性能的物品的防雾性能进行研究，最终得出一种配方简单、效果良好、经济实用的防雾剂。     

束缚水条件下气体在裂缝性页岩多孔介质中的流动特征

页岩气在我国资源丰富,为研究页岩气束缚水条件下的流动规律,分别进行了干燥页岩岩心氮气渗流实验和水存在条件下裂缝性页岩中气体渗流速度变化规律的实验。该文通过对实验结果进行分析可以得到:干燥未饱和水的页岩岩心,气体渗流时存在明显的滑脱效应,且由于滑脱效应的存在气体渗流不存在启动压力梯度;而水存在时的页岩岩心,气体在岩心渗流时由于贾敏效应的存在,渗流过程存在启动压力梯度,给页岩气开发带来困难,且岩心气测渗透率越小,启动压力梯度越大,贾敏效应越明显。该文的研究表明:在纳米尺度下,单相气体的流动不存在启动压力了,反而存在滑脱效应,而水存在时,气体的流动存在明显的启动压力。这种现象表明了:微纳米尺度下流体流动的特殊性质。最后得到了一种计算孔隙-孔喉系统最小喉道数的方法。     

润湿性微纳米圆管中去离子水的流动特征

在传统的流体力学中,流体在固壁处流速为零,即无滑移边界条件。在微纳米条件下,由于固液界面作用力增大,无滑移边界条件不再适用。该文首先从微米石英圆管中的流动实验现象出发,给出润湿性边界黏滞层厚度随应力变化的边界模型。在此基础上推导出层流条件下,微纳米管中的流量公式,并对流量公式进行渐近分析,同时也分析流动微纳米尺度下的流动特征。最后用微米圆管中去离子水的流动实验,对新建的理论模型进行验证。研究表明:润湿性条件下,边界黏滞层厚度随驱动力的增大而减小;新建立的微纳米尺度下的边界模型和流量公式非常符合实验结果,其中一次方的流量模型应用时更为简单,在压力梯度较小时,指数项起作用产生了非线性流动的效果。     

变形介质油藏中的不稳定渗流

大量实验表明:当油藏生产原油时,随着地层中流体压力的降低,油层的孔隙度和渗透率下降,特别是在异常高压油藏中尤为显著。数据表明多孔介质的孔隙度和渗透率随压降的变化规律是指数关系,而实际的油藏介质变形是弹塑性的,即变形在流体压力恢复后,变形不可能完全恢复,因此在开发前期一定要注意保持一定的地层压力。从流体和多孔介质的本构方程出发,建立液体在变形介质油藏中渗流的微分方程。用解析的方法得到了变形介质中的定常流动的精确解;并用数值模拟的方法,研究了无限大油藏、封闭油藏和边水油藏中的不稳定压力,绘制了相应的井底压力曲线。最后分析了封闭变形介质油藏中,定压生产时,油井的产量变化。研究表明:在异常高压的油藏中,必须考虑由介质变形引起的孔隙度和渗透率的影响。     

低渗透油藏中水平井两相渗流分析

大量实验表明，在低渗透多孔介质中，渗流不再符合线性达西定律，而具有启动压力梯度，本文从Buckley-Leverret不混溶两相渗流驱替理论出发，考虑启动压力梯度的影响，对水平井两相渗流进行分析，得到了椭球形边水油藏中水平井定产时的压力分布公式和定压生产时的产量公式，以及饱和度分布公式。经图示分析得出结论：启动压力梯度不仅增大油藏的生产压差，而且使油藏的无水采收率和水驱采收率减少；增大注入量可以降低启动压力梯度对两相渗流的不利影响，从而提高水驱采收率，因此开发含启动压力梯度油藏，应小井距，大流量，大压差进行注水开发；水平井的两相渗流解析解为数值模拟中水平井的处理提供很好的方法。