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泡沫镍孔隙尺度光谱辐射特性的实验与数值研究

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光学学报 2017年第4期37卷 288-295页

作者：李洋夏新林孙创范超谈和平哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

实验测量了不同厚度的泡沫镍在0.4~2.2μm波长的法向-半球反射率/透射率,采用蒙特卡罗法对泡沫镍的计算机断层扫描结构进行孔隙尺度辐射传输建模,对比研究了泡沫镍辐射特性随入射光谱和样品厚度的变化,计算得到了泡沫镍辐射特性的孔隙... 详细信息

实验测量了不同厚度的泡沫镍在0.4~2.2μm波长的法向-半球反射率/透射率,采用蒙特卡罗法对泡沫镍的计算机断层扫描结构进行孔隙尺度辐射传输建模,对比研究了泡沫镍辐射特性随入射光谱和样品厚度的变化,计算得到了泡沫镍辐射特性的孔隙尺度分布特征。结果表明:所建立的泡沫镍孔隙尺度辐射传输模型在计算其光谱辐射特性方面具有正确性。波长增长,吸收率逐渐降低,反射率逐渐升高;样品厚度增加,吸收率逐渐升高并趋于稳定,透射率逐渐降低至0。孔隙尺度辐射特性分布强烈依赖于局部纹理结构,波长1.5μm时,泡沫孔隙中的平均吸收率是肋筋上的1.5倍,而肋筋上的平均反射率则达到孔隙中平均反射率的3.7倍。

关键词：表面光学辐射光谱特性蒙特卡罗法泡沫材料孔隙尺度

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基于几何重建的气液两相流孔隙尺度模拟

工程热物理学报 2016年第5期37卷 1016-1020页

作者：刘振宇吴慧英上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

本文基于二维micro CT扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质几何模型,采用Shan-Chen多相格子Boltzmann方法(LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型,在此基础上对复杂多孔介质内的两相流动过程进行孔隙尺度模拟。结果表... 详细信息

本文基于二维micro CT扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质几何模型,采用Shan-Chen多相格子Boltzmann方法(LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型,在此基础上对复杂多孔介质内的两相流动过程进行孔隙尺度模拟。结果表明,气-液两相流动受限于多孔介质的复杂孔隙结构,气液表面张力、壁面润湿特性以及进出口压差对两相流动特性将产生明显影响。

关键词：孔隙尺度多孔介质两相流数值模拟

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基于孔隙尺度的回热器换热特性模拟研究

工程热物理学报 2019年第8期40卷 1886-1893页

作者：赖华盛肖刚范皓霆彭浩倪明江浙江大学能源清洁利用国家重点实验室

基于孔隙尺度,建立局部三维丝网模型,对丝网回热器换热特性进行数值研究。分析不同工质、压力、温度、流速、丝网目数条件下,回热器换热特性的变化规律,并对模拟结果进行总结,拟合出特定雷诺数范围内,单向流动下Nu数与Re数的经验关联式(... 详细信息

基于孔隙尺度,建立局部三维丝网模型,对丝网回热器换热特性进行数值研究。分析不同工质、压力、温度、流速、丝网目数条件下,回热器换热特性的变化规律,并对模拟结果进行总结,拟合出特定雷诺数范围内,单向流动下Nu数与Re数的经验关联式(Nu=9.74+3.78Re^0.36),与前人实验所得关联式进行对比,在低雷诺数范围吻合较好,最大误差在10%内。此外,定性分析孔隙尺度下的温度场分布图,发现工质流经丝网时产生的温降及扰动会对换热过程产生双重影响,而通过非稳态过程的分析,总结了对流换热强度随时间的变化规律,为完善斯特林循环分析方法及设计和优化斯特林发动机提供参考。

关键词：回热器换热特性孔隙尺度斯特林机

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基于数字岩心的孔隙尺度砂砾岩水敏微观机理

石油学报 2019年第5期40卷 594-603页

作者：李俊键成宝洋刘仁静孟凡乐刘洋高亚军马康姜汉桥油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石化集团国际石油勘探开发有限公司北京100029

新疆莫北油田是典型的砂砾岩油田,矿场实践表明油藏存在严重的水敏伤害问题。为防止水敏伤害后储层物性变差,针对该地区砂砾岩水敏损伤机理展开研究,提出了一种基于CT扫描实验进行三维矿物分布重构研究水敏损伤机理的方法。通过对比QEMS... 详细信息

新疆莫北油田是典型的砂砾岩油田,矿场实践表明油藏存在严重的水敏伤害问题。为防止水敏伤害后储层物性变差,针对该地区砂砾岩水敏损伤机理展开研究,提出了一种基于CT扫描实验进行三维矿物分布重构研究水敏损伤机理的方法。通过对比QEMSCAN确定的矿物分布图和Micro-CT扫描岩心切片的灰度图,建立CT扫描灰度值与不同矿物组分的对应关系。然后对CT扫描的整块岩心矿物组分进行识别,并利用X射线衍射分析的矿物含量对识别结果进行验证。通过对比水敏前后重构的三维数字岩心,对水敏损伤机理进行了分析,利用重构的数字岩心并基于侵入-逾渗理论模拟了两相渗流过程,获得了伤害前后相渗曲线的变化特征。结果表明,造成水敏损伤的主要原因是非晶体矿物(黏土)的膨胀、分散和运移,在这一过程中大孔喉被分割成小孔喉,且喉道的损伤程度大于孔隙的损伤程度,进而导致了渗透率的下降。通过相渗曲线分析可知,发生水敏后,不仅绝对渗透率降低,相对渗透率亦降低,水敏对于油水两相的总有效渗透率的伤害是绝对渗透率伤害的1.6～2.0倍。

关键词：水敏 CT原位扫描 QEMSCAN 孔隙尺度岩心重构不均匀伤害有效渗透率

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基于孔隙尺度的燃料电池气体扩散层结冰研究

同济大学学报（自然科学版） 2019年第12期47卷 1791-1800页

作者：许澎许思传唐军英高源同济大学汽车学院上海201804 安徽明天氢能科技股份有限公司安徽六安237000 同济大学机械与能源工程学院上海201804

针对燃料电池用气体扩散层内液态水在孔隙尺度下的动态结冰过程,首次引入了一种介观模拟尺度方法——格子Boltzmann方法.首先,构造燃料电池用真实气体扩散层三维微孔隙结构;其次,通过一维半无限大空间凝固热传导、二维直角区域凝固和二... 详细信息

针对燃料电池用气体扩散层内液态水在孔隙尺度下的动态结冰过程,首次引入了一种介观模拟尺度方法——格子Boltzmann方法.首先,构造燃料电池用真实气体扩散层三维微孔隙结构;其次,通过一维半无限大空间凝固热传导、二维直角区域凝固和二维介质方腔凝固三组数值试验严格考察该凝固模型中液态水、固体冰和碳纤维不同热物理参数选取的精确性,证明引入的格子Boltzmann方法在研究燃料电池气体扩散层中结冰现象的有效性;最后,针对孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的二维气体扩散层在孔隙尺度下的结冰过程进行模拟研究.模拟结果表明,对应孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9时,气体扩散层孔中液态水完全结冰量纲一时间F0分别为2.67、3.11、3.68、4.31和4.84,有自然对流情况下的结冰时间F0比无自然对流时分别减少0、0、0.001、0.001和0.007.

关键词：燃料电池气体扩散层孔隙尺度格子Boltzmann方法结冰

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基于孔隙尺度的方腔内多孔介质融化模拟研究

哈尔滨工程大学学报 2015年第6期36卷 774-778页

作者：王猛朱卫兵哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

由于单松弛(LBGK)格子Boltzmann模型在用反弹格式处理无滑移边界时存在缺陷。基于孔隙尺度,采用多松弛(MRT)格子Boltzmann模型研究封闭方腔内多孔介质的自然对流融化过程,其中,通过焓方法考虑相变潜热。分析了Rayleigh数和Prandtl数对... 详细信息

由于单松弛(LBGK)格子Boltzmann模型在用反弹格式处理无滑移边界时存在缺陷。基于孔隙尺度,采用多松弛(MRT)格子Boltzmann模型研究封闭方腔内多孔介质的自然对流融化过程,其中,通过焓方法考虑相变潜热。分析了Rayleigh数和Prandtl数对融化的影响。结果表明:采用的多松弛模型能很好的预测导热和对流融化过程;多孔介质的导热融化界面不再与垂直壁面平行,自然对流融化界面呈现不规则形状;Rayleigh数和Prandtl数对多孔介质的融化有较大影响。

关键词：多孔介质孔隙尺度融化自然对流格子Boltzmann方法

泡沫金属内相变材料融化的格子Boltzmann方法孔隙尺度模拟研究

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工程热物理学报 2016年第2期37卷 385-389页

作者：杲东彦陈振乾孙东科南京工程学院能源与动力工程学院南京211167 东南大学能源与环境学院南京210096 东南大学机械工程学院南京210096

在构建开孔泡沫金属二维几何结构模型的基础上,采用格子Boltzmann方法基于孔隙尺度对泡沫金属内融化传热及流体流动过程进行了数值模拟,并重点分析了Rayleigh数、孔隙率及孔密度等对融化相变传热过程的影响。与纯相变材料融化具有光滑... 详细信息

在构建开孔泡沫金属二维几何结构模型的基础上,采用格子Boltzmann方法基于孔隙尺度对泡沫金属内融化传热及流体流动过程进行了数值模拟,并重点分析了Rayleigh数、孔隙率及孔密度等对融化相变传热过程的影响。与纯相变材料融化具有光滑、清晰的相变界面、融化沿着热流方向整体推进的特征所不同的是,在泡沫金属结构下相变材料的融化以金属骨架为中心产生并推进展开,在融化前沿形成融化区和非融化区交错分布的特征,数值模拟结果与文献实验观测结果一致。此外,数值模拟表明相变材料的融化率随着Rayleigh数的增大、泡沫金属孔隙率的减少及其孔密度的增大而增大。

关键词：泡沫金属相变材料融化格子Boltzmann方法孔隙尺度

CO_(2)混相驱孔隙尺度LBM数值模拟研究

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当代化工 2022年第11期51卷 2534-2540页

作者：杨文哲程金钿李阳王姜育柳飞宇王志国张保良刘斌天津商业大学机械工程学院天津市制冷技术重点实验室天津300134 东北石油大学土木建筑工程学院黑龙江大庆163318 中海石油(中国)有限公司天津分公司天津300452

CO_(2)提高石油采收率(CO_(2)-EOR)技术是油藏开采的有效方法之一,特别对低渗油藏、高黏油藏和高含水油藏的开采效果尤为显著,有望成为我国中后期油田三次采油的备选技术。利用格子玻尔兹曼方法(LBM),研究了高温高压条件下CO_(2)混相驱... 详细信息

CO_(2)提高石油采收率(CO_(2)-EOR)技术是油藏开采的有效方法之一,特别对低渗油藏、高黏油藏和高含水油藏的开采效果尤为显著,有望成为我国中后期油田三次采油的备选技术。利用格子玻尔兹曼方法(LBM),研究了高温高压条件下CO_(2)混相驱在多孔介质内的流动特性,模拟了高温高压条件下孔隙尺度内CO_(2)-nC10系统的混相驱替过程,通过CO_(2)混相驱可视化实验对孔隙尺度LBM模拟进行了验证,探讨了孔隙结构、流体物性以及驱替方向对CO_(2)混相驱过程的影响。当油与CO_(2)的黏度比小于4.9时,垂直向上驱替过程将出现指进现象,在水平驱替过程中存在CO_(2)超覆现象。在孔隙尺度下,基于LBM数值模拟分析了CO_(2)与不同种类油的混相运移规律,揭示了不同驱替方向下孔介质内CO_(2)混相驱的流动特性及混相机制,为CO_(2)混相驱的跨尺度深入研究奠定基础。

关键词： CO_(2)-EOR 孔隙尺度 LBM 流体物性混相机制

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

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大连理工大学学报 2013年第2期53卷 189-193页

作者：李维仲赵月帅宋永臣大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室辽宁大连116024

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和... 详细信息

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.

关键词：多孔介质孔隙尺度光滑粒子动力学(SPH)