幂律流体

摘要： 海底滑坡长距离流滑过程中,对桩基础的冲击会威胁上部结构的安全。用幂律流体表征流滑体的特性,在雷诺数为0.1~120范围内,采用有限体积法,在三维数值模型中模拟流滑体对桩基础的冲击。考虑流滑体自由表面和自重,推导了新的包含拖曳力项、承载力项和自重项的冲击力表达式,并分析了三项在对冲击力的影响,结果表明:流滑体高度与桩体直径的比值是影响自重项的主要因素,当桩径为0.5 m时,在比值大于20的范围内,流滑体自重对冲击力的影响可以忽略,可通过拖曳力与承载力项之和估算冲击力;在比值小于15的范围内,需考虑自重对冲击力的影响,当比值为4或5时,自重项的贡献最大,并给出了自重系数表达式。

摘要： 采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明:幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。

摘要： 为研究浆液在裂隙中的扩散规律,基于幂律流体的本构方程,推导出了幂律流体的浆液扩散方程.考虑围岩应力场和浆液流体场的双向耦合,运用数值模拟软件,建立考虑流固耦合作用的单一裂隙注浆模型,分析了注浆压力、浆液密度、裂隙开度等因素对浆液扩散和裂隙变形的影响.研究结果表明,注浆因素对浆液扩散半径的影响程度由高到低依次为:裂隙开度、注浆压力、浆液密度;注浆因素对裂隙最大变形量的影响程度由高到低依次为:注浆压力、裂隙开度、浆液密度.

摘要： 为研究浆液在裂隙中的扩散规律,基于幂律流体的本构方程,推导出了幂律流体的浆液扩散方程。考虑围岩应力场和浆液流体场的双向耦合,运用数值模拟软件,建立考虑流固耦合作用的单一裂隙注浆模型,分析了注浆压力、浆液密度、裂隙开度等因素对浆液扩散和裂隙变形的影响。研究结果表明,注浆因素对浆液扩散半径的影响程度由高到低依次为:裂隙开度、注浆压力、浆液密度;注浆因素对裂隙最大变形量的影响程度由高到低依次为:注浆压力、裂隙开度、浆液密度。

摘要： 研究考虑幂律水泥浆液稠度时空变化对盾构隧道壁后注浆扩散半径及力学性质影响.首先,针对不同水灰比水泥浆液进行稠度时变性试验,简要分析浆液稠度时变规律,并获取各水灰比水泥浆液稠度时变系数;其次,分析盾构隧道壁后注浆扩散机理,重点研究浆液扩散稠度时空分布不均匀性;再次,建立恒定注浆速率条件下,考虑浆液稠度时空变化不均匀隧道壁后注浆的扩散模型,并推导浆液压力及管片承压时间与空间的分布方程,确定浆液注浆压力的时变规律;最后,以实际工程为例,分析注浆终压与管片承受压力、浆液扩散半径及注浆浆液压强时空分布的关系,并对比分析考虑与不考虑浆液稠度空间分布不均匀性的扩散半径及管片受力结果.研究结果表明:浆液质点的压强随距离注浆孔位置增加而减小;当注浆终压较低时,注浆浆液扩散半径随注浆终压增大而迅速提高;盾构隧道管片注浆终压增大,管片所承受的注浆总压力迅速增大;不考虑浆液空间分布不均匀性所得注浆压力为正常值的60倍以上,所得浆液扩散半径约为正常值的1/3,管片承受总压力相差20倍以上.

摘要： 本文基于分形理论,首先研究了幂律流体在多孔介质中球向流动的特性,建立了分形多孔介质中幂律流体球向流动的渗透率分形模型,并把无量纲渗透率与已有模型进行比较,验证了本模型的正确性.研究结果表明幂律流体球向渗透率随孔隙率和幂指数n的增加而增加,随迂曲度分形维数和径向半径r的增加而减小.

摘要： 研究幂律流体在螺旋管内的流动换热特性可为石油开采工程中驱油剂的应用提供理论支持.文章通过建立流体流动换热模型,分析了幂律流体在螺旋管内的流动换热特性.结果表明:螺旋管沿程阻力系数和努塞尔数均随曲率值增加而增大.层流工况下,随着雷诺数的增大,沿程阻力系数减小,努塞尔数增大;湍流工况下,在雷诺数一定时,沿程阻力系数和努塞尔数均随曲率值和相对粗糙度的增大而增大,且粗糙度越大,曲率对沿程阻力的影响也越大,而当粗糙度一定时,曲率值越大,雷诺数对沿程阻力系数的影响越明显.

摘要： 通过自行搭建的环膜射流试验系统,采用高速摄影技术对牛顿流体(水)与剪切变稀型幂律流体(卡波姆凝胶)环膜射流的破碎模式及破碎特征进行了试验.结果表明:牛顿流体与幂律流体都存在相同的3种射流破碎模式,且两种流体在射流破碎机理上没有本质性的差异.在3种射流破碎模式中,圣诞树状破碎模式下的射流破碎效果最佳,泡状破碎模式次之,波辅助破碎模式下的射流破碎效果最差.且射流破碎效果随卡波姆凝胶黏度的增加而显著恶化;射流的表面波波长随液体速度的增加而增加,随气体速度的增加而减小.与水相比,卡波姆凝胶射流的表面波波长受液体速度的影响更加明显.在高气/液速度比条件下,气/液剪切作用力是影响射流破碎的主导因素.基于环膜射流的理论分析结果和经验公式,提出了量纲为1波长与射流气/液速度、流体流变特性相关联的公式,式中量纲为1波长随参数T的增加逐渐增加.

摘要： 基于分形理论与技术和广义Darcy定律,考虑孔隙毛细管与裂缝间的窜流效应,提出了幂律流体在裂缝—孔隙双重介质中的有效渗透率分形模型.研究结果表明:幂律流体在裂缝—孔隙双重介质中的有效渗透率不仅与幂律流体特性有关,而且还与裂缝—孔隙双重介质微结构参数、沿基质与裂缝压强差之比有关,同时进一步分析了这些参数对幂律流体有效渗透率的影响.

摘要： 研究非牛顿流体转捩问题,可为调控非牛顿流体动力特性提供理论基础.相对于牛顿流体转捩问题,非牛顿流体转捩研究较少,缺乏转捩雷诺数精细预报方法.论文以格子Boltzmann方法为核心求解器,以典型非牛顿流体幂律模型为例,开展了幂律流体二维顶盖驱动流转捩模拟,给出剪切变稀和剪切增稠流体的第一转捩雷诺数,并分析了转捩雷诺数附近流场时频域特性及模态分布.结果表明,剪切变稀流体和剪切增稠流体的第一转捩雷诺数与牛顿流体差异显著,且在转捩临界雷诺数附近监控点处速度分量均呈现周期性变化趋势.通过对流场速度和涡量的本征正交分解发现,不同类型的流体在转捩临界雷诺数附近,前两阶模态均为流场的主模态,能量占比超过95％,且同类型流体不同雷诺数的主模态间具有相似的结构.

摘要： 本研究采用IB-LBM方法研究颗粒在幂律流体剪切流场中的运动和分布.研究结果表明,颗粒在剪切变稀流体中容易偏离中线平衡位置,而在剪切增稠流体中则趋向于中线.在剪切交稀流体中,颗粒在较低雷诺数时便可形成具有均匀间距的排列,在高雷诺数时颗粒的间距将发生波动;当幂律指数为0.8时,颗粒的间距呈正弦式规律变化.当流场雷诺数小于临界雷诺数时,颗粒形成具有均匀间距的排列,且雷诺数越大,间距越小.幂律指数越小,则临界雷诺数越低.增加颗粒直径,颗粒间距随雷诺数先增加后降低.

摘要： 基于双极坐标系下幂律流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的控制方程,推导了在内管做轴向往复运动的偏心环空中流动的幂律流体对内管的作用力的计算公式,并给出了相应的数值计算方法.以HPAM水溶液为例,应用上述计算公式和数值计算方法,计算了在内管做轴向往复运动的偏心环空中流动的幂律流体对内管的作用力,绘制了在内管做轴向往复运动的偏心环空中流动的HPAM水溶液对内管的作用力随时间的变化曲线,并分析了HPAM水溶液的流性指数,内管的偏心度、冲程和冲次对该作用力的影响.

摘要： 基于力学平衡提出预测牛顿流体和幂律流体在填充球多孔介质中流动阻力理论模型,该力学平衡方程式基于压力、粘性力及惯性力之间的平衡.通常认为非达西流是由于惯性引起,故该模型预测范围能从达西流拓展至非达西流.本文采用直径6,8,10mm不锈钢珠填充多孔介质床,研究去离子水和黄原胶水溶液在多孔介质中的流动阻力特性,发现模型与实验值吻合良好.另外通过与文献中实验数据对比,也验证了该模型具有良好的预测精度.

摘要： 本文基于线性不稳定性理论,对幂律流体平面液膜射流的时变不稳定性进行了理论分析.推导获得了表征射流不稳定性特征的色散方程,通过数值求解,研究了不同射流参数对液膜射流不稳定性的影响规律.研究结果表明:平面液膜射流存在对称模式和反对称模式两种扰动模式;初始射流速度和环境气体密度促进液膜射流的不稳定,有利于射流破碎;而表面张力、稠度系数和幂律指数均阻碍液膜射流的不稳定,不利于射流破碎.

摘要： 本文在双极坐标系下幂律流体在偏心环空中层流流动的控制方程的基础上,给出了双极坐标系下幂律流体在偏心环空中层流流动时流体作用在壁面上切应力的计算公式及相应的数值计算方法;并以吉林油田的韧性、微膨胀、防窜水泥浆为例,应用上述切应力计算公式和数值计算方法,对固井过程中井壁的切应力进行了数值计算和分析,从而实现了上述三种水泥浆的优选.

摘要： 非开挖聚合物钻井液具有很好的减阻和强排屑作用.为了研究其机理,以全解析推导出幂律流体和牛顿流体在钻杆内单位长度动压力与流速分布.结合MATLAB编程计算和绘图,分别在幂律流体和牛顿流体下,计算聚合物钻井液压降(dp/dl)和流速分布v,(r),并作图对比两种流型下的区别.利用实验室设计循环压降测试管路实测单位压降(dp/dl)与流量(Q),并与两种流型下计算的数据对比,最后结合现场数据验证.结果表明:聚合物大分子顺向变形程度大,聚合物钻井液的流速分布v(r)和单位压降(dp/dl)规律更符合幂律流体,幂律流体的流速分布呈平板型,对井壁冲蚀作用小,有利于井壁稳定,从而实现减小流动阻力阻和强排屑作用.

摘要： 本文以幂律非牛顿流体为研究对象,针对其表观粘度随剪切速率变化、计算过程中具有区别于牛顿流体的特殊困难,提出采用有限体积法实施其流动计算,对其中应力计算时可能出现的"零障碍"和"无限大障碍"奇点问题采用限定表观粘度数值变化范围的方法防止迭代计算过程中除零和除无穷的问题,给出了完整的计算方法.文中重点研究了幂律流体在圆管和突扩圆管中的层流流动.结果表明,幂律流体的流动指数对圆管和突扩圆管中的层流流动有着重要的影响.通过与解析值和实验值的比较,验证了本文计算方法的有效性.

摘要： 针对泡沫液在多孔介质内的流动特点，本文采用幂律流体假设对泡沫薄膜液在管内的流动特性进行了初步研究。采用直十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为表面活性剂，实验测得空气及二氧化碳泡沫薄膜液的阻力特性并获得其表观粘度数据。研究结果表明泡沫薄膜液流动阻力与平均流速的变化并不是线性关系，显示出典型的非牛顿流体特性；由空气和二氧化碳制得的泡沫流体的幂律指数分别为0.64，0.48，都小于1；其表观粘度与单相水相比有显著增加，当空气为内在相剪切速率在γ=10/s时，其表观粘度可达单相水粘度的160倍。不同气体泡沫液的表观粘度影响很大，由于二氧化碳的水溶性，在剪切速率0到20s-1范围内，空气泡沫液的表观粘度始终大于比二氧化碳泡沫液。

摘要： 在大型高参数泡沫压裂液实验回路上，研究了改良干法泡沫压裂液的传热特性。在实验中，通过模拟压裂液在垂直井筒中的传热得出：压裂液对流换热系数随压力、泡沫质量和剪切速率的增加而增大，而随温度的升高而减小。并引入流体导热系数随剪切速率而变化，对幂律流体对流换热系数关联式进行修正，得出修正式。在低压时，对流换热系数修正式与实验数据吻合较好；高压时误差较大，但仍在20%以内。

摘要： 运用射流撞击形成液膜过程中质量、动量及能量守恒以及几何关系，通过解析方法对凝胶推进剂射流撞击式喷嘴产生的液膜的形状进行了分析，建立了液膜形状、厚度分布及速度分布的模型。为了对液膜的破裂行为进行研究，使用线性稳定性分析方法并结合幂定律本构方程对幂律流体液膜的流动稳定性进行了分析。通过与实验比较，液膜形状的计算模型与实验结果吻合较好；线性稳定性分析能较准确地预测液膜的破碎长度，但预测的表面扰动波波长却大于实验值。

摘要： 本发明公开了一种幂律流体粘度参数的测算方法，测量装置包括开口的圆柱体容器，圆柱体容器内填充等直径的球形颗粒，形成多孔区，多孔区的上部形成用于容纳幂律流体的自由区，圆柱体容器的底部连接有排放管，排放管上设置有用于控制幂律流体排放的阀门。测算方法包括步骤一、对测量装置进行测量准备调试；二、参数测量；三、对测量数据进行处理，并建立幂律流体粘度参数的第一个二元方程；四、补充二元方程的封闭条件，并建立幂律流体粘度参数的第二个二元方程；五、计算幂律流体的粘度参数。本发明能够有效应用在有限条件或简陋实验条件下快速测量幂律流体的粘度参数中，测量参数少，测量精确度高，效果显著，便于推广。

摘要： 本发明公开了一种测量幂律流体流动参数的便携装置和方法；该装置在微通道的两端设置两个幂律流体的储存箱，每一个储存箱内设置有一个电极；通过在两电极间施加电压使微通道内形成轴向电场，进而驱动幂律流体在微通道内产生电渗流动；通过调节通道两端电压，改变微通道内的轴向电场强度，从而导致微通道内幂律流体的体积流量发生变化；通过测量两次不同电压值下幂律流体的体积流量，并依据电压、流量与流动参数之间的依赖关系，最终确定幂律流体的稠度系数和流性指数；该装置不涉及机械转动部件，机械损坏少，实现小型化和便携化，所需测试样品量减小；由于流动驱动和流量测量均使用电信号，该装置数据的采集及处理非常便利，便于实现自动化测量。

摘要： 本发明公开了一种控制微通道内幂律流体体积流量的装置及方法，幂律流体与微通道固体壁面接触，固体表面由于特定的物理化学作用而获得电荷。微通道固体表面上的电荷会影响幂律流体中离子的分布而在近壁面附近的幂律流体内形成双电层。双电层内的幂律流体在外加电场的作用下，产生电渗流动。本发明通过求解微通道内幂律流体流动的控制方程，得到通道内的电渗流速度分布，进而求得通微道内幂律流体的体积流量。通过调节电压，实现对微通道内幂律流体体积流量的精准调控。该装置在微通道两端增设电场，在电场的作用下，驱动幂律流体在微通道内运动，装置结构简单，没有转动部件，减少了振动与噪音。

摘要： 本发明公开了一种等热流加热装置及其使用该装置的幂律流体在多孔介质中等热流加热的实验装置，等热流加热装置包括入口段，测试段和出口段；实验装置包括储液箱，储液箱内设有搅拌器，加热棒和连接有冷水机的冷却盘管，所述储液箱通过管路依次与截止阀一，螺杆泵，截止阀二，电磁流量计，精密压力表一，等热流加热装置，精密压力表二和截止阀三，所述截止阀三通过管路与所述储液箱连接，所述螺杆泵与所述储液箱之间还设有旁通回路，所述旁通回路上设有截止阀四。本发明可以完成幂律流体在多孔介质中流动特性的研究，幂律流体在不同温度工况下流经多孔介质的实验研究，以及完成幂律流体在不同入口温度、不同热流密度下流经多孔介质的实验研究。

摘要： 本发明公开了一种幂律流体粘度参数的测量装置及测算方法，测量装置包括开口的圆柱体容器，圆柱体容器内填充等直径的球形颗粒，形成多孔区，多孔区的上部形成用于容纳幂律流体的自由区，圆柱体容器的底部连接有排放管，排放管上设置有用于控制幂律流体排放的阀门。测算方法包括步骤一、对测量装置进行测量准备调试；二、参数测量；三、对测量数据进行处理，并建立幂律流体粘度参数的第一个二元方程；四、补充二元方程的封闭条件，并建立幂律流体粘度参数的第二个二元方程；五、计算幂律流体的粘度参数。本发明能够有效应用在有限条件或简陋实验条件下快速测量幂律流体的粘度参数中，测量参数少，测量精确度高，效果显著，便于推广。

摘要： 本发明涉及一种考虑幂律流体重力与注浆管埋设角度耦合效应的隧道超前预注浆扩散效果的计算方法，属于岩石工程技术领域。本发明通过室内注浆实验获得幂律流体流变曲线，幂律流体流变曲线经拟合得到幂律流体本构方程中的稠度系数C与流变指数n，并得到不同水灰比的幂律型水泥浆液流变方程；考虑幂律流体重力与注浆管埋设角度耦合效应，联立幂律型水泥浆液流变方程，推导出考虑幂律流体重力与注浆管埋设角度耦合效应的渗流运动方程；联立注浆初始条件及边界条件，即当p＝p0时，l＝l0，当p＝p1时，l＝l1，推导出考虑幂律流体重力与注浆管埋设角度耦合效应的浆液扩散效果的计算式。

摘要： 本发明公开了一种控制微通道内幂律流体体积流量的装置及方法，幂律流体与微通道固体壁面接触，固体表面由于特定的物理化学作用而获得电荷。微通道固体表面上的电荷会影响幂律流体中离子的分布而在近壁面附近的幂律流体内形成双电层。双电层内的幂律流体在外加电场的作用下，产生电渗流动。本发明通过求解微通道内幂律流体流动的控制方程，得到通道内的电渗流速度分布，进而求得通微道内幂律流体的体积流量。通过调节电压，实现对微通道内幂律流体体积流量的精准调控。该装置在微通道两端增设电场，在电场的作用下，驱动幂律流体在微通道内运动，装置结构简单，没有转动部件，减少了振动与噪音。

摘要： 本发明公开了一种幂律流体槽内连续运动平板边界层实验装置。其包括流体循环装置、连续运动平板装置，流体循环装置包括实验槽、循环轴流泵，实验槽包括实验段、对应设于实验段下部的扩散段、收缩段、拐角段A、拐角段B，实验段的上部开口，扩散段的截面沿其长度方向渐缩，收缩段的大口端密封连接实验段的出口端，拐角段A是U形管，U形管的两端口分别与实验段的进口端和扩散段的大口端密封连接，循环轴流泵的吸入口与收缩段的小口端密封连接，循环轴流泵的排出口通过拐角段B与扩散段的小口端密封连接，拐角段A的两个拐角处分别设有导向叶片；连续运动平板装置包括水平设置的皮带机构、用于驱动皮带机构的调速电机，皮带机构位于实验槽的实验段内。

摘要： 本发明公开了一种测量幂律流体流动参数的便携装置和方法；该装置在微通道的两端设置两个幂律流体的储存箱，每一个储存箱内设置有一个电极；通过在两电极间施加电压使微通道内形成轴向电场，进而驱动幂律流体在微通道内产生电渗流动；通过调节通道两端电压，改变微通道内的轴向电场强度，从而导致微通道内幂律流体的体积流量发生变化；通过测量两次不同电压值下幂律流体的体积流量，并依据电压、流量与流动参数之间的依赖关系，最终确定幂律流体的稠度系数和流性指数；该装置不涉及机械转动部件，机械损坏少，实现小型化和便携化，所需测试样品量减小；由于流动驱动和流量测量均使用电信号，该装置数据的采集及处理非常便利，便于实现自动化测量。

摘要： 本实用新型公开了一种幂律流体槽内连续运动平板边界层实验装置。其包括流体循环装置、连续运动平板装置，流体循环装置包括实验槽、循环轴流泵，实验槽包括实验段、对应设于实验段下部的扩散段、收缩段、拐角段A、拐角段B，实验段的上部开口，扩散段的截面沿其长度方向渐缩，收缩段的大口端密封连接实验段的出口端，拐角段A是U形管，U形管的两端口分别与实验段的进口端和扩散段的大口端密封连接，循环轴流泵的吸入口与收缩段的小口端密封连接，循环轴流泵的排出口通过拐角段B与扩散段的小口端密封连接，拐角段A的两个拐角处分别设有导向叶片；连续运动平板装置包括水平设置的皮带机构、用于驱动皮带机构的调速电机，皮带机构位于实验槽的实验段内。