关键词： 孔隙尺度   复合相变材料   蓄热性能   Kelvin骨架   数值模拟  

摘要： 为了提高相变材料（PCM）的蓄热性能，以满足大功率电子设备的高效散热，本文以Kelvin胞状结构作为骨架，在边长为40 mm方腔内对孔隙率为0.97的金属泡沫复合相变材料（MFCPCM）进行了孔隙尺度的融化模拟。从融化速率、自然对流形式、温度均匀性以及蓄热性能等方面探究了单位长度胞体数（CPL）对MFCPCM融化过程的影响。结果表明，Kelvin结构可以显著增强PCM的热性能，与纯石蜡相比，CPL=4的完全融化时间可缩短31.7%，最大温差降低了64%，蓄热效率是纯石蜡的1.09倍。但随着CPL增加，Kelvin结构对MFCPCM热性能的强化效果不断衰减。此外，不同CPL下PCM内部融化导致的自然对流和传热机制存在明显区别。随着CPL增大，PCM内部循环回路逐渐由三角形往梯形转变，温度均匀性得到明显改善，内部传热速率不断提高。因此合理设计具有不同CPL的MFCPCM有望实现均匀高效的融化蓄热过程。

关键词： 多孔介质   分层结构   格子Boltzmann方法   孔隙尺度   传热  

摘要： 以发汗冷却技术为应用背景，基于D3Q19格子Boltzmann方法（LBM）研究了分层结构多孔介质的孔隙构成和热物性参数对温度场的影响。采用球形颗粒堆积和随机生成方法对分层孔隙结构进行了重构，并计算分析了孔隙率、固体热导率、分层厚度占比和分层层数影响下的温度分布和传热特性。结果表明，沿流动方向的孔隙率越大，多孔介质固体的温升变化率越快；上疏下密结构孔隙内的固体温度比上密下疏结构低，而双层间的固体导热系数差越大，孔隙内的固体温度和变化率越低；相比于上密部分厚度占比越大的孔隙结构，上疏部分占比越小的孔隙内温度更低；分层结构不超过五层时，增加层数能降低换热介质温度，但层数大于五层时，孔隙介质的内部固体温度反而升高。

关键词： 多孔介质   孔隙尺度模拟   对流   传热   关联式  

摘要： 为提高人工设计开孔泡沫的对流传热性能，提出了一种新型泡沫多孔模型Laguerre Voronoi (LV)模型，该模型能够有效还原实际泡沫的周期性和随机性，避免了流动贯穿，同时还可对孔隙堵塞问题进行定量调控，具有良好的对流传热性能。基于参数式一体化建模方法，重建了一系列具有不同几何参数的LV泡沫，通过孔隙尺度数值模拟分析了入口流速、表观及孔隙结构参数（孔隙率、水力直径、元胞直径、相对肋筋直径）对LV泡沫对流传热性能的影响，结合实验测量验证数值结果可靠性，并与现有研究中提出的L-K (Lord-Kelvin)模型、传统工艺模型及X-CT (X-ray Computed Tomography)扫描模型进行对比。在此基础上，基于孔隙参数及表观参数分别拟合了两类对流传热关联式，对关联式的适用性、预测精度及误差分布特性进行了详细分析。结果表明，相比L-K模型，LV泡沫具有更为真实的孔隙结构，对流传热性能更高；容积传热系数随入口流速增大而单调增大，随相对肋筋直径增大（或孔隙率减小）成抛物型分布，其对称轴与雷诺数相关；本文提出的两类对流换热关联式适用于广泛的几何参数和雷诺数范围，最大相对误差均小于20%，具有良好的预测精度，可用于高效预测开孔泡沫的对流传热性能。

关键词： 选区激光熔化   AlSi10Mg合金   锁孔孔隙   数值模拟  

摘要： 基于离散元法和流体体积法建立了高保真选区激光熔化多物理场模型，考虑材料蒸发产生的反冲压力与马兰戈尼对流的影响，通过数值模拟与试验验证研究了AlSi10Mg合金SLM过程中锁孔形成机制，揭示了锁孔模式下气泡迁移以及凝固过程，探究扫描速度对锁孔孔隙形成的影响。结果表明，在高能量密度激光束作用下，熔池会形成较深的锁孔，且锁孔极易坍塌；由于锁孔坍塌形成的气泡将随着熔池中的复杂对流而迁移，最终凝固形成孔隙。随扫描速度减小，熔池变宽且流动减缓，抑制熔道中孔隙数量和尺寸。

关键词： 中煤阶煤   孔隙结构   分形理论   高压压汞   氮气吸附   盘江矿区  

摘要： 为探究黔西南盘江矿区二叠系龙潭组中煤阶煤孔隙结构及孔径分形特征,通过高压压汞实验、低温氮气吸附实验对孔隙结构进行精细表征,基于分形理论对比分析中煤阶煤孔隙结构的多尺度特征。结果表明:研究区中煤阶煤微孔和小孔较为发育,孔隙开放程度与连通性较好,孔隙分形特征较为显著;中煤阶煤综合分形维数可较好地反映中煤阶煤的变质程度,并与兰氏体积和兰氏压力呈现一定的正相关性,在一定程度上反映了煤层气赋存情况与解吸难易程度,即中煤阶煤分形维数越大,越有利于煤层气的开发与利用。该研究结论可为研究区后续的勘探开发工作提供数据和理论支撑。

关键词： 海上油田   孔隙尺度   聚合物驱   加密开发   毛细管数   采出程度   微观渗流  

摘要： 海上油田SZ36-1油田Ⅰ期大井距聚合物驱试验区提高采收率幅度低于陆上油田的,含水率上升速度快,且连片状剩余油赋存量高。以增加驱替相黏度为核心的聚合物驱开发模式为基础,结合井网调控、提升驱替压力梯度的加密措施,提出聚合物驱与加密协同增效的开发模式。基于Cahn-Hilliard与Navier-Stokes方程,建立静态孔隙尺度聚合物驱数值模型,对水驱后聚合物驱过程进行数值模拟,分析压力梯度与黏度对聚合物驱开发效果的影响。结果表明:提高注入压力梯度和增加水油黏度比可以显著提升波及因数和洗油效率。压力梯度增加1.5倍,采出程度可提高22.2%;黏度比增加1倍,采出程度可提高4.8%。聚合物驱后新增波及区内压力梯度提升,结合化学剂增黏作用,综合动用连片状剩余油,实现聚合物驱与加密协同增效。流度控制作用与压力梯度增加对聚合物运移能力提升具有增效作用,为海上油田聚合物驱方案设计及提高采收率提供指导。

关键词： CO_(2)浸泡实验   VOF方法   两相流   数字岩心   PCFS技术   CO_(2)地质封存   油气开发   准噶尔盆地  

摘要： 准噶尔盆地玛湖凹陷具有巨大的油气开发潜力,但由于储层非均质性强、产量递减快。目前前置CO_(2)压裂-气驱-封存协同技术(PCFS)是砂砾岩储层强化开采的常用方法。为了研究前置压裂过程中CO_(2)-水-岩相互作用对孔隙结构的影响以及气驱过程中CO_(2)的运移规律,选取了玛湖凹陷砂砾岩岩心,开展了CO_(2)浸泡实验、高精度Mirco-CT扫描以及基于流体体积法(VOF)的3D数字岩心两相流数值模拟。研究结果表明:①CO_(2)-水-岩相互作用会导致砂砾岩孔隙结构发生溶蚀扩展,原本孤立的孔隙通道逐渐汇聚成为片状,从而扩大了CO_(2)团簇的波及范围。该过程也引发了二次矿物沉淀和膨胀,进而导致流动通道的堵塞或重组,改变流体在孔隙结构内的流动路径和速度,阻碍优势流道的形成。②CO_(2)浸泡导致孔隙空间溶蚀扩展所起到的积极作用要大于二次矿物沉淀和膨胀所引起的消极作用,增加渗透率,孔隙结构的渗流能力呈现出增强趋势。在不同流道中,CO_(2)团簇具有凸形和凹形等不同的驱替前缘形态。浸泡前、后代表性单元体(REV)模型无因次数(C_(a),θ,M)对驱替效率的影响程度不同。在浸泡后孔隙发育程度相对较高的REV模型中,驱替效率对无因次数(C_(a),θ,M)变化的敏感性较强,表明PCFS技术在孔隙发育程度较高的储层中具有更好的应用效果。

关键词： 宏观煤岩成分   低阶煤   孔隙特征   联合表征   分形维数  

摘要： 为探究低阶煤不同宏观煤岩成分孔隙特征差异,以黄陇侏罗纪煤田园子沟井田延安组低阶煤为研究对象,运用高压压汞试验、液氮吸附、二氧化碳吸附、核磁共振及扫描电镜等方法对比分析低煤阶镜煤和暗煤的孔隙特征差异。结果表明:镜煤微米级孔隙不发育,但是镜煤性脆,在内外应力作用下易发生破裂产生微裂隙,而暗煤微米级孔隙则相对发育,主要为原生纤维结构和胞腔孔,偶见原生屑间孔和气孔;暗煤的有效孔隙度明显大于镜煤,煤中部分孔隙是闭孔和不连通孔隙,暗煤孔隙的连通性优于镜煤;镜煤的孔隙体积和比表面积均大于暗煤,镜煤的微孔和裂隙发育,而暗煤的介孔较为发育;在相对压力小于0.5阶段,镜煤介孔的分形维数小于暗煤,镜煤孔隙表面比暗煤平滑;基于压汞法计算大孔的分形维数发现,在孔径50~1000 nm区间,镜煤大孔的分形维数大于暗煤,镜煤大孔结构更加复杂,在孔径>1000 nm区间,镜煤的平均分形维数小于暗煤,镜煤裂隙发育,渗流能力较强。研究成果对进一步认识煤的孔隙结构特征以及对煤层气的吸附解吸机理研究具有重要意义。

关键词： 热学计量   镍基合金泡沫   格子玻尔兹曼方法   渗透率   传热特性  

摘要： 以发汗冷却用镍基合金泡沫为研究对象,采用X-CT扫描技术重构获得其真实的微细观结构,基于多松弛格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM),结合GPU加速技术,建立发汗冷却用镍基合金泡沫多孔材料的孔隙尺度导热-对流复合传热数值模拟方案。以空气为冷却介质,重点分析镍基合金泡沫在不同雷诺数条件下的流动传热特性。结果表明,镍基合金泡沫的流动存在明显的达西区、过渡区和强惯性区,临界雷诺数为1.36×10^(-1)。并且,随着雷诺数的增大,虽然流动阻力增大,但传热效率也明显增强。在达西区,传热由导热主导,而过渡区与强惯性区则以强迫对流为主导。综合传热因子与雷诺数呈正相关,即增大雷诺数可有效提高泡沫结构的综合传热性能。研究获得的镍基合金泡沫流动与传热特性,为提高发汗冷却效率提供了一定的理论支撑。

关键词： 深层煤岩气   全孔径联测   孔隙结构   龙潭组   四川盆地  

摘要： 近年来，深层煤岩气的研究成为热点，关于四川盆地二叠系龙潭组深层煤岩气储层孔隙结构的研究尚还较为薄弱。为此，以川中地区NT1井为例，选取深层煤储层岩心样品，结合煤岩物性、地球化学和孔隙结构分析的实验手段，表明四川盆地川中地区深层煤岩煤体结构以原生结构为主，割理发育，有机质含量高，物性好，整体煤岩煤质条件优。采用微米CT、扫描电镜、气体吸附法和高压压汞法等综合对深层煤储层孔隙结构进行多尺度定量表征，表明煤储层的储集空间主要由孔隙和割理裂隙组成，其中孔隙主要由一端封闭一端开放的半封闭型孔隙组成，有机孔面孔率占比高，微孔对于孔径分布的贡献率大，孔体积整体呈“哑铃状”分布，微孔孔体积占比高达87%，宏孔孔体积占比11%；孔比表面积整体呈“单峰态”分布，微孔占比达99%。深层煤岩气纳米级孔隙和微米级裂隙发育的特征共同控制着煤岩的含气性特征，初步明确孔隙结构对含气性的影响因素为煤岩煤质和孔径分布特征。