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水辅助注射成型穿透行为的数值模拟

水辅助注射成型穿透行为的数值模拟

作者：任鹏郑州大学

学位级别：硕士

水辅助注塑成型技术是生产中空或者部分中空制品的新型的成型方法,该工艺具有成型周期短、制件壁厚更薄更均匀等优点,具有很好的发展前景。水辅助注射成型过程中,注射量、水温、水压、水流率、水在熔体中的穿透及水保压时间等都直接影... 详细信息

水辅助注塑成型技术是生产中空或者部分中空制品的新型的成型方法,该工艺具有成型周期短、制件壁厚更薄更均匀等优点,具有很好的发展前景。水辅助注射成型过程中,注射量、水温、水压、水流率、水在熔体中的穿透及水保压时间等都直接影响着聚合物熔体的冷却与结晶和材料分布与制品性能,如何合理地确定和控制这些因素对于水辅助注射成型的成功与否至关重要,这正是当前应用和推广该技术所迫切需要解决的问题。为此,需要在传统注射成型、气体辅助注射成型的数值理论基础上,对水辅助注射成型技术进行深入的研究,从而迅速低耗地实现水辅助注射成型工艺的优化。本文基于聚合物流变学、流体力学理论,针对水辅助注射成型过程的特点,经过合理的简化与假设,建立了描述水辅助注射成型过程的数学模型,应用无量纲方法和扰动法解出了一次穿透的残余壁厚和穿透长度与毛细管数Ca间的关系。然后基于以上结果,应用无量刚方法建立了黏性可压缩非牛顿熔体在水辅成型二次穿透中的控制方程,导出了求解压力场的变分方程和速度场的计算公式。应用分部积分和力学基本原理导出了二次穿透速度的计算公式,描述了穿透速度与注水压力、熔体密度、黏度、穿透长度及穿透半径之间的关系,开发了模拟程序。模拟结果表明注水压力升高,残余壁厚减小,对穿透长度影响不明显;熔体温度升高,残余壁厚减小,穿透长度增大;注水温度对残余壁厚和穿透长度的影响均不明显。同时,实验结果表明在水辅成型模拟中,仅使用一次穿透理论是不够的,还需要使用二次穿透的理论和算法。

关键词：水辅助注射成型无量纲法毛细管数扰动法二次穿透

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PS/PP共混熔纺中分散相的形变机理研究

PS/PP共混熔纺中分散相的形变机理研究

作者：孙珊珊东华大学

学位级别：硕士

对于不相容高聚物共混体系,产品最终性能往往取决于加工条件以及由此形成的共混物形态,研究的热门之一是分散相的形变问题。有关粘弹性聚合物共混体系的分散相形变机理的研究,最初是将牛顿体系理论进行推广,流场类型集中在剪切作用,最... 详细信息

对于不相容高聚物共混体系,产品最终性能往往取决于加工条件以及由此形成的共混物形态,研究的热门之一是分散相的形变问题。有关粘弹性聚合物共混体系的分散相形变机理的研究,最初是将牛顿体系理论进行推广,流场类型集中在剪切作用,最近已有推广到拉伸流场的研究。但有关熔融纺丝过程中分散相的拉伸变形极少有报道。本文针对PS/PP共混体系在较大形变速率下的熔融纺丝拉伸流场中,从各组分的流变特性、界面特性、共混粘度比等入手,分析了熔纺过程中分散相的形变机理,并初步探索了熔纺纤维中径向温度分布。主要研究结果如下：首先通过选择合适的体系,通过共混熔融纺丝法制备出不同共混粘度比、不同卷绕速度条件下的PS/PP共混熔纺梯度相结构纤维,采用一种全新的快速包埋切片及图像数字化方法对纤维的横纵截面进行表征;结果发现在没有经过拉伸作用的挤出纤维横截面上分散相的尺寸分布均匀,随着拉伸比的增大和粘度比的增大分散相的尺寸分布沿径向梯度变化越来越明显,呈现出内细外粗,内密外疏的结构。此外,当卷绕速度和粘度比增大到一定程度,聚并因素占到了主导地位,致使分散相平均直径有所增大,分散相数目大大减少。通过毛细管稳态拉伸流变测试,研究发现在测试的拉伸速率范围内,PP、PS熔体单轴拉伸时,拉伸粘度均随着拉伸速率的提高而降低。通过计算固定形变速率下粘流活化能△Eη发现,在相同拉伸形变速率下PS的粘流活化能明显大于PP的粘流活化能,且PS在较高拉伸速率下对温度的依赖性更大,而PP的拉伸粘流活化能对温度的敏感性随着拉伸形变速率增大而减弱。根据经验理论,认为分散相液滴形变破裂是基于修正毛细管数Ca*这个无纲量参数沿轴向和径向的变化所导致,并从一维和二维的角度进行验证。从一维的角度即沿纤维轴向,忽略径向差异的前提下分别计算了挤出丝和卷绕纤维的修正毛细管数Ca*,发现随着与喷丝板的距离不断增大,修正毛细管数Ca*随温度的降低而减小总体沿纺程上未发生分散相破裂,最终形成基质-微纤结构。从二维的角度即沿纤维径向,考虑修正毛细管数Ca*在径向上的分布趋势,通过经验公式推导发现修正毛细管数Ca*和毛细管数Ca一样沿共混熔纺纤维径向存在差异,从而导致了分散相沿径向发生了不同程度的形变。根据Taylor对牛顿体系提出的共混分散相在单轴拉伸流场的形变理论模型,在考虑到界面张力存在的情况下,运用线性形变公式计算得固化点附近纤维沿径向各区的分散相形变程度以及对应的毛细管数。我们发现沿纤维径向从芯层到表层各个等面积区域内,分散相的形变程度越来越小,毛细管数也呈现出逐渐递减的趋势。通过在线取样的方法确定冷却长度大约在0.6m左右,与理论公式计算的0.58m接近,故通过质量守恒算出了在固化点附近0.6-0.7m处的线速度以及轴向速度梯度,即拉伸形变速率为11.05s-1。以纺速为500m/min为例,利用已获得的毛细管流变性能、表面张力等参数,量化了毛细管数与温度的关系;结合通过分散相形变程度计算所获得的径向各区的毛细管数,拟合出熔纺纤维中径向温度分布和拉伸应力分布;结果发现熔纺纤维芯层比表层的温度高19.7K,区域跨度23.35μm,径向温度梯度数量级为105K/m,且与经验理论推导的熔纺纤维中固化点处的径向温度分布比较偏差不大,温度均随着当量半径r/R的增大而递减。

关键词：分散相拉伸形变毛细管数径向温度梯度

吸吮过程中Snap-off现象在微流控模型中的研究

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吸吮过程中Snap-off现象在微流控模型中的研究

作者：姚佳中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

吸吮过程对裂缝型油藏中原油的开采尤为重要。为了了解在原油开采过程中,孔隙介质中发生的现象,已有许多研究采用简单截面形状或复杂形状的毛细管对吸吮过程进行模拟,并已取得了一系列具有深刻意义的研究成果。在吸吮过程中,snap-off现... 详细信息

吸吮过程对裂缝型油藏中原油的开采尤为重要。为了了解在原油开采过程中,孔隙介质中发生的现象,已有许多研究采用简单截面形状或复杂形状的毛细管对吸吮过程进行模拟,并已取得了一系列具有深刻意义的研究成果。在吸吮过程中,snap-off现象尤为重要,并且对原油的采收率有着极大的影响。因此,对此现象能够产生影响的参数已经逐渐引起了人们的研究兴趣。Snap-off现象的本质是在两种互不相溶的流体同时存在时,两种流体之间的相互作用力使得其中的非润湿相流体被剪切形成小液滴的现象。对于石油的开采过程而言,当油藏孔隙介质的润湿性为水湿,则水驱油的过程即为吸吮过程。在此过程中,当snap-off现象发生时,则在油藏孔隙介质中会有小油滴产生。小油滴产生后,不易被采出,并且会进一步导致油藏孔隙被堵塞,使得原油采收率下降,对油藏开采造成十分不利影响。因此,对snap-off现象进行研究,尤其是会对其产生影响的参数进行研究,可尽量降低snap-off现象对原油采收率的不利影响,对石油的开采具有显著意义。在对影响snap-off因素的研究中,新兴的微流控模型起到了关键性的作用。对吸吮过程的模拟,最常采用的两种实验方法分别是毛细管内模拟和岩心内模拟,但这两种方法均有自身的缺陷。毛细管内模拟由于毛细管截面以圆形为主,不具有实际油藏孔隙几何形状的代表性,而岩心内模拟时,不利于现象的实时观察。相对于这两种模拟方法而言,微流控模型由于其制作工艺的独特性,可人为控制所需模拟的管道截面形状,并且由于制作材料的透明性,使得现象的观察与记录可直接通过显微镜和高速照相机来完成,更加准确地保证了实验的真实性与准确性。

关键词：吸吮过程多相流动微流控 snap-off 毛细管数

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孔隙尺度下水驱油强化采收率研究

孔隙尺度下水驱油强化采收率研究

作者：李阳天津商业大学

学位级别：硕士

石油是重要的运输驱动能源,我国对石油资源的生产和进口具有不平衡性,强化采油技术能够提高石油产量,可平衡石油生产与进口的差距。微流控芯片加工技术的日益成熟使国内外学者可以研究从孔隙尺度探究毛细管力、粘性力、重力对水驱油过... 详细信息

石油是重要的运输驱动能源,我国对石油资源的生产和进口具有不平衡性,强化采油技术能够提高石油产量,可平衡石油生产与进口的差距。微流控芯片加工技术的日益成熟使国内外学者可以研究从孔隙尺度探究毛细管力、粘性力、重力对水驱油过程的影响。而在重力驱油领域,传统的重力驱油研究方法或不利于表征重力、毛细管力、粘性力对两相流动的相互影响,或没有对重力驱油残余油饱和度变化进行量化表征。因此,本文通过实验与数值模拟相结合,探讨了重力、粘性力、毛细管力对水驱油两相流动的影响及其作用。本文使用微流体流量控制板控制注入流体流速,并通过微流体流量传感器和相机记录两相驱替过程及多孔介质两端压力,旨在探究单一流速下残余油饱和度、被圈闭油团变化趋势。此外,本文使用相场法研究了水平/重力驱水驱油过程,通过设置不同流体对物性（密度、粘度）、注入平均速度及重力,控制粘性力、毛细管力和重力的相对大小。通过实验和数值模拟研究发现:（1）在单个流速的驱替过程中,粘性指进会使大面积流体团被圈闭,导致正癸烷溶液采收率降低。随着流体团数量增加,残余油饱和度逐渐减小。（2）对于水-油水平驱替过程,在毛细指进过程中,未被驱替油占据残余油饱和度的绝大部分比例。当主流路径突破多孔介质出口端后,其他流动支路将停止继续向前流动。此时主流路径压力降低,使油渗吸倒流回先前被水占据的孔道。在粘性指进过程中,被圈闭油团是残余油形成的主要机理。残余油饱和度与毛细管数成反比。增强粘性力作用（增大流速）或者采用有利粘度比流体对可起到强化采收率的作用。界面特征长度与水饱和度呈线性比例关系。水在多孔介质中的突破时间随着毛细管数的增加而减小。增大流速及采用不利粘度比流体对会加剧多孔介质内流动路径过早突破,降低油采收率。（3）在水-油重力驱替过程中,相较于水平驱,重力驱驱替前缘在低流速下会更早突破多孔介质出口端。主流路径在突破出口端后压力骤减,形成优先流动。在不利粘度比下,毛细管数较低且重力数较高时未被驱替油占据残余油饱和度大部分比例,且随着毛细管数增加以及重力数降低,开始出现大面积被圈闭油,未被驱替油数量减少。当毛细管数较高且重力数较低时,残余油类型主要为小面积被圈闭油。残余油饱和度与对数毛细管数呈反比例线性关系,密度比对重力驱采油过程影响有限。重力驱在低毛细管数下加剧了水-油驱替过程不稳定性,使驱替前缘过早突破多孔介质出口端。残余油饱和度与对数重力数呈正比例线性关系,当注入平均速度较高时,重力对水-油流动影响较小。单一的无量纲数不能准确预测残余油饱和度。组合无量纲数考虑了重力、毛细管数、粘度比、密度比对残余油饱和度影响,能够准确预测残余油饱和度变化趋势。

关键词：水驱油重力驱排过程毛细管数重力数无量纲数组

Asymmetric breakup of a droplet in an axisymmetric extensional flow

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2016年第1期24卷 63-70页

作者： Dongming Yu Manman Zheng Taoming Jin Jingtao Wang School of Chemical Engineering and Technology Tianjin University Sinopec Shanghai Engineering Co. Ltd.

The asymmetric breakups of a droplet in an axisymmetric cross-like microfluidic device are investigated by using a three-dimensional volume of fluid(VOF) multiphase numerical model. Two kinds of asymmetries(droplet location deviation from the symmetric geometry center and different flow rates at two symmetric outlets) generate asymmetric flow fields near the droplet, which results in the asymmetric breakup of the latter. Four typical breakup regimes(no breakup, one-side breakup, retraction breakup and direct breakup) have been *** regime maps are plotted to describe the transition from one regime to another for the two types of different asymmetries, respectively. A power law model, which is based on the three critical factors(the capillary number,the asymmetry of flow fields and the initial volume ratio), is employed to predict the volume ratio of the two unequal daughter droplets generated in the direct breakup. The influences of capillary numbers and the asymmetries have been studied systematically in this paper. The larger the asymmetry is, the bigger the oneside breakup zone is. The larger the capillary number is, the more possible the breakup is in the direct breakup zone. When the radius of the initial droplet is 20 μm, the critical capillary numbers are 0.122, 0.128, 0.145,0.165, 0.192 and 0.226 for flow asymmetry factor AS= 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5, respectively, in the flow system whose asymmetry is generated by location deviations. In the flow system whose asymmetry is generated by two different flow rates at two outlets, the critical capillary numbers are 0.121, 0.133, 0.145, 0.156 and 0.167 for AS= 1/21, 3/23, 1/5, 7/27 and 9/29, respectively.

关键词：轴对称液滴对称破裂拉伸流动不对称分裂毛细管数流动系统位置偏差

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二次运移中含油饱和度及其损失的实验性鉴定

国外油气地质信息 2004年第4期 65-71页

作者： X．Luo 方帆李大荣

在石油二次运移中，准确估算油气损失对于正确评价含油气系统是极其重要的。本文利用建立在两相不混溶排驱方法基础上的实验室试验数据，讨论了油气运移通道的形成和相应的油气损失。这些实验允许我们研究运移通道的形成、非润湿性原油... 详细信息

在石油二次运移中，准确估算油气损失对于正确评价含油气系统是极其重要的。本文利用建立在两相不混溶排驱方法基础上的实验室试验数据，讨论了油气运移通道的形成和相应的油气损失。这些实验允许我们研究运移通道的形成、非润湿性原油沿运移通道的分布，以及通过运移原油的后续脉冲研究原有运移通道的再利用。运移通道的结构型式可以用一种相态图来表征，其坐标是两个无因次数，即毛细管数和帮德数(浮力的一种度量值)。利用核磁共振(NMR)成像测量通道内残余油饱和度。在分辨率为0．4mm的条件下，已发现油气运移后通道内的平均残余油饱和度一般小于40％。运移中的油气损失是利用空间分辨率所确定的运移烃簇结构体积比乘以通道中的平均残余油饱和度估算出来的。

关键词：含油饱和度实验性残余油饱和度鉴定石油二次运移油气运移通道含油气系统空间分辨率试验数据结构型式毛细管数测量通道核磁共振实验室不混溶润湿性再利用无因次度量值体积比簇结构估算原油平均相态

争光霉素A5和争光霉素A2对小鼠肺毒性的电子显微镜观察研究

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Acta Biochimica et Biophysica Sinica 1980年第1期 71-75页

作者：甄永苏田佩玉李文镇应国华中国医学科学院抗菌素研究所河北新医大学中心研究室电镜组河北新医大学中心研究室电镜组北京石家庄

用电子显微镜观察争光霉素A5和A2对小鼠肺的损害作用。除观察形态变化外,还使用病变毛细管计数的方法比较了A5和A2引起肺病变的轻重程度。结果表明,A5引起的肺病变明显的较A2为轻。目前,国外临床使用的博莱霉素是以A2为主要组分的复合物... 详细信息

用电子显微镜观察争光霉素A5和A2对小鼠肺的损害作用。除观察形态变化外,还使用病变毛细管计数的方法比较了A5和A2引起肺病变的轻重程度。结果表明,A5引起的肺病变明显的较A2为轻。目前,国外临床使用的博莱霉素是以A2为主要组分的复合物,肺毒性是它的主要毒副作用。A5的肺病变较A2轻,这一结果提示了争光霉素A5临床肺毒性较低的可能性,值得深入研究。

关键词：小鼠肺损害作用博莱霉素 A5 A2 肺毒性毛细管数争光霉素搏莱霉素观察研究电子显微镜电镜

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气泡在剪切作用下的运动特性研究

中国计量大学学报 2017年第2期28卷 159-168页

作者：刘依吕雅琪聂德明中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

采用基于自由能模型的格子Boltzmann方法,考虑到毛细管数和气液黏性比的影响,模拟了气泡在剪切作用下的动力特性.结果表明,无论气泡半径大小,总是其长轴被拉伸,中轴和短轴被压缩,且中轴的长度总大于短轴的长度.随着毛细管数的增加或气... 详细信息

采用基于自由能模型的格子Boltzmann方法,考虑到毛细管数和气液黏性比的影响,模拟了气泡在剪切作用下的动力特性.结果表明,无论气泡半径大小,总是其长轴被拉伸,中轴和短轴被压缩,且中轴的长度总大于短轴的长度.随着毛细管数的增加或气液黏性比的增大,气泡变形和偏转程度越剧烈.

关键词：剪切流场毛细管数气液黏性比格子Boltzmann方法

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地震波提高原油采收率的机理评价

国外油田工程 2007年第11期23卷 10-13页

作者：王蓓孔鹏张玉雪蒲春生西安石油大学石油工程学院长庆油田分公司采油四厂

根据一些油田的成功经验,地震振动是一种低成本提高原油采收率的方法。这种方法的主要难点在于其采油机理尚不清楚,因此,过程动态预测和可行性方案设计至今都无法实现。振动驱油方法的增产机理主要是利用了油藏的非均质性。将流体注入... 详细信息

根据一些油田的成功经验,地震振动是一种低成本提高原油采收率的方法。这种方法的主要难点在于其采油机理尚不清楚,因此,过程动态预测和可行性方案设计至今都无法实现。振动驱油方法的增产机理主要是利用了油藏的非均质性。将流体注入强非均质油藏的低渗储层中是非常困难的,而振动波却能有效地传播到高渗透层和低渗透层。当地震波在非均质油藏中传播时,不同渗透率地层的孔隙压力不同,产生瞬间压差和层间窜流,从而驱出低渗透储层中的原油。岩石的形变和流体流动方程都描述了低频振动孔隙的弹性形变对窜流的影响。事实上,地震振动改善了增产处理剂向低渗透储层(例如天然裂缝油藏的基质部分)的流动,从而从难以触及的致密基岩中采出更多的原油。

关键词：地震振动共振残余油弹性形变毛细管数提高采收率