关键词： 充填体   分形维数   孔隙结构   相关性  

摘要： 充填体的孔隙结构特征对充填材料的力学性质直接产生影响,是充填体多尺度力学研究的基础。以体视学、分形理论为基础,利用充填体孔隙结构SEM图像,通过最大类间方差法、盒维数法计算其微观孔隙结构分形维数,获得充填材料孔隙结构定量表征,分析充填体分形维数与单轴抗压强度、含水率、孔隙度等中观参数的相关性,探究SEM像定量分析与充填体中观参数的跨尺度关联关系。结果表明:石粉水泥全尾胶结充填体微观孔隙结构分形维数可以表征孔隙结构的复杂程度;孔隙结构的分形维数与充填体的中观参数间具有一定的关系,其中与单轴抗压强度存在负相关性,与含水率存在正相关性;建立孔隙结构特征分形维数与单轴抗压强度、含水率的关联曲线,获得关联特征值的均方差,分形维数与单轴抗压强度和含水率的均方差值分别为R_r=-0.638和R_r=0.604。

关键词： 纯纤维芯材   孔隙尺度   气相热导率  

摘要： 总结相关文献对纯纤维芯材(真空绝热板芯材)孔隙尺度确定方法(分别定义为文献法1、文献法2、文献法3),提出一种新的孔隙尺度确定方法(定义为新方法)。采用控制变量法(变量选取空气温度、空气压力、纤维直径、纤维在纯纤维芯材中的体积分数),分析孔隙尺度确定方法对气相热导率计算结果的影响。在空气温度、空气绝对压力、纤维直径、纤维在纯纤维芯材中的体积分数(以下简称纤维体积分数)分别为300 K、10 Pa、6μm、15%时,由4种孔隙尺度确定方法(文献法1、文献法2、文献法3、新方法)计算的气相热导率分别为5. 1×10^(-5)、4. 9×10^(-5)、26. 6×10^(-5)、9. 1×10^(-5)W/(m·K)。在相同设定条件下,由新方法计算得到的气相热导率适中,认为这种确定孔隙尺度的方法可信。在其他设定条件不变的前提下:由不同方法计算的气相热导率均随空气温度(变化范围为253～323 K)的升高而下降。由不同方法计算的气相热导率随空气压力(变化范围为0. 1 Pa～100 kPa)的变化趋势均基本一致,在空气压力较低的情况下,气相热导率基本保持不变,随着压力升高,气相热导率急剧升高,且最终趋于相等。由不同方法计算的气相热导率均随纤维体积分数(变化范围为0. 01～0. 40)的增大而降低。由不同方法计算的气相热导率均随纤维直径(变化范围为2～24μm)的增大而增大。

关键词： 多尺度   微尺度   分子模拟   非常规油气  

摘要： 理解微纳孔隙通道内驱替液对附着在壁面上的液滴进行驱替这一过程的机理,有助于深入了解非常规条件下油气开发过程中的输运规律。该过程的跨尺度特性以及液滴与驱替液之间的强烈相互作用,决定了必须使用混合模拟方法进行研究。然而在已有的研究中,通常采用的阻逸力界面条件干扰了连续区域到分子尺度区域的切应力传递,导致流动阻力计算不正确。采用布置虚拟壁面的新方法代替阻逸力界面条件,以解决切应力传递不正确的问题。在此基础上,比较了液滴分别为单原子分子和复杂流体的情形,以及壁面完全刚性和允许壁面粒子振动的情形。结果表明传统的阻逸力方法可导致流动阻力的误差高达65%,而采用虚拟壁面的界面条件可将误差降至1%以内,具有显著优势。此外,研究结果还显示液滴为复杂流体和允许壁面粒子振动均对流动阻力有较大的影响。

关键词： 两级尺度粗化   多孔隙模型   Backus等效平均理论   储层物性参数   波场响应特征  

摘要： 实际地震勘探中,储层物性参数的差异是导致地震波响应特征发生变化的根本原因,而建立储层物性参数与地震响应特征之间的联系,需要跨越微观孔隙尺度、介观测井尺度以及宏观地震尺度等三个不同尺度空间.本文基于已知井的岩石物理实验数据和测井数据,利用复杂多孔隙介质理论将微观尺度孔隙岩石粗化到介观测井尺度,利用Backus平均理论将介观测井尺度的模型进一步粗化到宏观地震尺度,最终,得到地震尺度裂缝-多孔隙介质模型.其数值计算结果与测井数据和地震数据的对比表明:基于两级尺度粗化算法的裂缝多孔隙介质模型在给定参数下是有效的,且基于该模型的地震响应特征分析方法能够对储层的地震响应特征随物性参数的变化进行分析.

关键词： 三维四向编织复合材料   孔隙缺陷   双尺度   材料性能预测  

摘要： 为了更精确地对含孔隙三维四向编织复合材料的力学性能进行预测,基于双尺度分析方法分别研究了纤维束中的干斑和基体中的孔穴对三维四向编织复合材料宏观力学性能的影响。在纤维束微观尺度上,采用通用单胞法来预测纤维束等效力学性能参数。在编织结构细观尺度上,利用代表性体积单元(RVE)和细观力学有限元法预测得到宏观等效弹性常数。将上述计算结果与文献实验数据进行对比,验证了双尺度分析方法的正确性。采用Monte-Carlo仿真技术在模型中投入气孔单元,分别在纤维束和基体中模拟干斑和孔穴,讨论了两种孔隙缺陷对三维四向编织复合材料力学性能的影响规律。结果表明:孔隙缺陷率对三维四向编织复合材料力学性能有较大的影响,且纤维束中的干斑较基体中的孔穴相比影响更大;在给定孔隙缺陷率(Pmv=Pfv=4%)情况下,沿编织方向弹性模量仅从13.6GPa变化到14.2GPa,说明孔隙的位置分布对沿编织方向的弹性模量影响很小。

关键词： 泡沫铜   凝固   石蜡   孔隙尺度  

摘要： 对泡沫铜内石蜡凝固相变进行孔隙尺度实验研究。采用高分辨率相机与红外热像仪对凝固过程相场与温度场进行可视化,并通过热电偶测量石蜡与泡沫铜骨架局部温度以获得相变过程热响应及热非平衡特性。揭示了泡沫铜孔隙内凝固相变中包括固液相界面移动、液态石蜡流动及石蜡体积收缩等多个物理过程。研究表明：在多物理过程交互影响下,泡沫铜可高效扩展凝固相界面、提升样品热响应速率,采用孔隙率为0.974的泡沫铜可将石蜡凝固相变速率提升至2.8倍;泡沫铜能有效避免石蜡凝固过程由体积收缩引起的裂缝问题,消除由其引起的热阻;石蜡与泡沫铜骨架间存在局部热非平衡性,且在相变阶段尤为明显。

关键词： 页岩气   非理想气体效应   流固耦合   油气地质  

摘要： 页岩气是未来中国能源结构中的重要组成部分,但中国页岩气埋藏深度大,不能直接照搬美国对浅层页岩气的开采经验,需要对其输运机理有更清晰的认识.介绍了跨尺度混合模拟算法,分析了基于孔隙尺度模拟来研究场尺度的气井衰减曲线分析等问题,揭示了高努森数效应与非理想气体效应之间的耦合机理;介绍了考虑多孔介质弹性形变对渗流影响时计算表观渗透率的特征压力模型,为页岩气勘探开发提供了相关理论支持.

关键词： 数值模拟   中观尺度   裂隙   波的衰减   流体压力  

摘要： 上地壳岩石普遍为含有一定孔隙度的复杂孔隙结构,孔隙填充物可由粘土、油、气、水等成份组成,这种不均匀异质性特征使关于地震波在地下介质中传播问题的研究更为复杂。在力源的作用下,岩石颗粒会发生应力应变状态的改变,从而可以间接的反映出传输介质的多参数物理特征,因而关于地震频带范围内弹性波传播规律的研究可以更有效的为储层地球物理以及工程、环境等方面服务。关于复杂介质结构及成份的研究是讨论波传播问题的基础,对于多孔介质而言,裂隙及裂纹通常是代表性的孔隙结构,本文也依此建立了双层含裂隙孔隙模型。为了更符合实际,我们同时考虑到介质的粘弹特性和各向异性特征,通过改变上下两层介质物理参数,如裂隙密度及弹性模量等,对比波在不同物理性质中的传播规律,同时得到变量参数对试验结果的影响。地震波在不同类型介质中的传播规律具有一定的指示作用,因而被作为地震勘探的主要手段,由于地层的吸收作用,波在传播时会发生一定程度的散射和损耗,尤其可以应用到岩石饱和度分析及储层质量控制等方面。近年来,有关波在中观尺度上衰减现象的研究表明,波在中观尺度(介于波长和粒子直径之间,远小于波长)上诱导流体流(Wave Induced Fluid Flow,WIFF)的是造成地震波在复杂异质性介质中发生损耗的主要原因之一,因而使关于中观尺度地震波传播状态及相关参数影响的研究变得更有意义。在本文中,我们应用改进的高阶交错网格有限差分方法模拟了地震波在复杂异质性含裂隙孔隙介质中的传播状态,通过改变数值模拟参数及宽带雷克子波震源的应用,我们得到宏观尺度及中观尺度下的地震波场数据,作为Biot理论在孔隙介质中研究的基本结论,快、慢纵波以及横波均在试验模拟中得到实现,在模型参数的基础上,进一步计算了三种波的衰减特性,同时讨论裂隙参数及孔隙度的影响。针对介质的的不均匀性引起的横波分裂特征,我们进一步详细的讨论了裂隙等参数与横波分裂系数的关系。基于Darcy定律的条件下,同时设计含有扁平椭圆裂隙的中观尺度孔隙介质模型,并利用有限元模拟方法得到流体压力场的变化,同时对裂隙角度在其中的影响进行了讨论。在本文的研究中实现了不同尺度波场的数值模拟,并得到三类典型波的衰减特征,针对含裂隙孔隙介质中裂隙参数的影响,分别从横波分裂系数及流体压力场等几个方面进行讨论,以裂隙密度,裂隙旋转角度以及介质孔隙度等参数为主要研究对象,为进一步研究地震波在裂隙孔隙介质中的传播等问题提供基础。

关键词： 皮革和毛皮   多尺度孔隙   甲醛释放   暴露点浓度   传质模型  

摘要： 甲醛是一种无色的气体、刺激性强烈,严重的可致人头痛、失明、呼吸困难,甚至诱发癌症;作为基础的化工原料,在皮革化学品的制备和毛皮加工生产中有一定应用,且成本低廉,在短时间内不可能完全被替代。甲醛在皮革、毛皮中的存在方式比较复杂,包括:游离的、毛细管吸附的、可逆和不可逆键合的甲醛分子。前三种结合方式的甲醛在皮革、毛皮使用或存放过程中一旦释放出来并达到一定量时,会对人体和环境造成危害。因此包括我国在内的很多国家对皮革、毛皮中游离甲醛含量提出严格的限量标准。针对皮革、毛皮中甲醛的研究,目前主要集中在基于水萃取体系的检测方法、少醛合成鞣剂、甲醛捕获剂等方面,但是对于具有多尺度孔隙结构的皮革、毛皮中甲醛的释放行为的研究,无论国内还是国外均鲜有文献报道。皮革、毛皮中甲醛在微观尺度、介观尺度下的吸附/解吸附行为,随着使用、存放介质状态影响下的宏观释放行为,在孔隙中扩散方式与孔隙结构的关系等均不明确。本论文针对上述问题开展了研究,具体研究工作包括以下几个方面:（1）系统开展了我国主要特色产地皮革、毛皮中甲醛含量评估工作。收集并总结了我国皮革、毛皮重镇—桐乡地区2014～2016年度皮革、毛皮中甲醛含量的检测数据。基于现有检测数据,采用Bootstrap方法进行模拟重新采样,建立每个Bootstrap样本数据集的均值分布,并对每年样本的95%UCL（Upper Confidence Limit,置信上限）进行了计算和比较。通过Wilcoxon秩和检验,检验了2014～2016年样本数据的位置参数,获得了皮革、毛皮中甲醛含量的变化趋势。Bootstrap方法克服了非正态分布和样本量小的缺点,可以广泛应用于未知数据分布形态,为检测数据的特征分析提供了一种新的方法。研究结果表明:桐乡地区2014～2016年度的皮革、毛皮中甲醛含量分布接近正态分布,但高度偏斜。三年样本均值的单边95%UCL分别为95.45 mg/kg、93.02 mg/kg、85.64 mg/kg,逐年下降。Wilcoxon秩和检验表明,2016年的甲醛含量的总体分布与前两年相比有明显的结构性改进,产品质量在不断提升。但仍然高于GB20400-2006中规定的B类标准:直接接触皮肤的产品≤75 mg/kg。因此,皮革、毛皮中甲醛环境风险依然存在,开展甲醛释放及防治等相关问题的研究具有重要的理论研究意义和实际应用价值。（2）以铬皮粉作为皮革模拟物,开展了与甲醛吸附/解吸附行为的研究,为宏观释放行为提供理论基础。依据醛鞣工艺设计了吸附试验,研究了甲醛初始浓度、提碱pH、铬皮粉用量、吸附温度、吸附时间对吸附率和吸附量的影响;并基于试验数据,借助数学拟合方法研究了铬皮粉对甲醛的吸附平衡及动力学。并对吸附后的样品进行了解吸附试验,考察了时间、温度和样品pH对解吸行为的影响。研究结果表明:铬皮粉对甲醛的吸附等温线符合Langmuir方程,吸附动力学符合拟二级速率方程。以吸附状态来看,铬皮粉对水体溶液中甲醛的吸附是以化学吸附为主,兼有物理吸附。温度、pH对甲醛的吸附/解吸行为影响显著。温度可以促进吸附/解吸附过程。随着pH的升高,甲醛的吸附率不断提高、解吸率不断降低。（3）基于皮革、毛皮穿着时的介质条件,使用密封瓶模拟甲醛释放环境条件,通过经验模型开展了释放行为研究。对甲醛鞣制羊皮革、甲醛鞣制牛皮革以及改性戊二醛鞣制羊皮革进行甲醛释放试验,分别考察了温度、样品吸水率、吸收液体积等因素对释放行为的影响;其次基于释放模型对释放曲线方程进行了理论推导,并通过实际释放数据拟合对释放理论进行了验证;最后考察了不同样品平衡释放率。研究结果表明:密封系统中,皮革中甲醛释放可以划分为三个释放阶段:快速释放阶段、缓慢释放阶段、平衡阶段。线性释放时间只是温度的函数,温度升高,传质系数增大,线性释放时间缩短;温度降低,传质系数减小,线性释放时间延长。线性释放阶段内,温度对甲醛释放速度影响显著,温度越高甲醛释放越快,但基于孔隙差异,不同皮种中甲醛的释放对温度敏感性不同。试样吸水率随着时间线性增加,温度提升可以促进试样吸水,试样吸水率与甲醛释放量呈正线性相关,吸水率的提升可以促进甲醛的释放,温度和湿度协同作用,释放效果更明显。密封系统中,即使是在高温度（60℃）且有水存在的条件下,甲醛鞣制的样品达到释放平衡时其释放率仅为20%左右,而改性戊二醛鞣制的样品,40℃时,其平衡释放率可达43.60%。甲醛鞣制的样品中剩余的甲醛会在环境因素改变后,持续释放,其危害是长期性的。（4）基于皮革、毛皮非穿着时的介质条件,使用环境舱模拟甲醛释放环境条件,通过传质模型开展了释放行为研究。将甲醛鞣制皮革样品置于环境舱中模拟释放,以空气介质中甲醛含量为考察指标,研究了环境温度、相对湿度、换气速率、承载率等对释放行为的影响规律。基于传质理论,建立了

摘要： Implementations of three models were used to constrain permeability and vertical bulk modulus of oceanic crust using pressure data collected from CORKs at ODP/IODP Holes 1024C, 1025C, 1026B, 1027C, and 504B. The models are based on a one-dimensional half-space model, which interprets a given sinusoidal signal within formation as a combination of two signals produced by ocean tidal loading: an elastic signal at the measurement site that is in-phase with tidal loading, and a diffusive signal that travels through the formation to the instrument site. The aforementioned sites were chosen due to their thick sedimentation: the sediment layer is too thick to allow a diffusive signal through, so diffusive signals can only be generated at thinly sedimented or exposed basement and be transmitted laterally through basement. Harmonic analyses were applied to seafloor and formation pressure data gathered from the CORKs to determine the tidal loading signal at the seafloor and the tidal signal within the formation fluid; the signals analyzed were at the S2, M2, K1, and O1 frequencies. Two implementations of the one-dimensional half-space model were used: a brute force method, and a least squares method. These were used compared to each other and to previous studies; the brute force method was found to be better overall, though the least squares method agreed with the brute force method in constraining the elastic signal. A two-dimensional isotropic model was used to constrain the “bulk” or “isotropic equivalent” values of permeability; a two-dimensional anisotropic model was used to constrain the ridge-parallel and ridge-perpendicular components of permeability. All three models show a decrease in permeability with increasing crustal age, with a drop of one to two orders of magnitude ([10-11]-[10 -10] m2 to [10-12]-[10-11] m2) from roughly 1 Ma to 6 Ma. Overall, permeability showed a faster decrease with diurnal components versus semidiurnal components. The anisotropic model sugg