饱和多孔介质

摘要： 本文探究了人工纳米颗粒(NPs)在饱和多孔介质中的传输规律和影响机制,重点阐明生物膜和土壤矿物对纳米颗粒传输的影响及其机制。结果表明,在干净的石英砂介质中,不同种类和粒径NPs的传输效率具有明显差异,不同种类NPs传输效率表现为ZnO>CeO_(2)>Fe_(2)O_(3);对于报告粒径在20~100 nm之间的CeO_(2) NPs,粒径的增加有助于其在多孔介质的传输。溶液离子强度的增大会降低ZnO NPs的传输,而NPs浓度的增大不利于其在饱和多孔介质的传输,传统的DLVO理论能够很好地解释NPs在无涂层饱和多孔介质中的传输。生物膜和土壤矿物均能抑制纳米颗粒在饱和多孔介质的传输,其主要通过对纳米颗粒的吸附和异质聚集作用影响纳米颗粒的传输,非DLVO相互作用以及介质涂层的表面特性对增强纳米颗粒沉积有很大贡献。

摘要： 海域场地地震响应分析是确定海洋工程结构抗震设计地震动输入的重要环节。然而,针对海水、饱和土、基岩之间的流固耦合分析,目前一般通过对3种介质方程进行离散,然后整体求解或分区耦合求解的方式进行,过程复杂而低效。因此,大规模海域场地地震反应分析仍是一个挑战性问题。本文基于流固耦合统一计算框架求解海域近场波动问题,采用透射边界模拟无限域,通过将海水和基岩视为孔隙率分别等于1和0的广义饱和多孔介质,使得海水、饱和土、基岩之间的相互耦合可在统一计算框架中实现,避免不同介质求解器之间的数据交换。采用集中质量显式有限元并行计算,不同进程之间采用MPI进行数据交换,提高计算效率;采用逐元技术,按单元类别存储单元刚度,大大节省了内存,便于大规模计算。通过自编程,输入界面高程数据和材料参数,实现建模-自由场-三维地震动模拟全流程自动化。以东京湾为例,使用该方法和程序在超级计算机上模拟SV波垂直入射时的地震响应,证实了该方法用于三维大规模海域地震波场模拟的高效性和可行性。

摘要： 在深水环境下,流体-桥梁桩基的动力相互作用会对桩基水下部分产生动水压力,同时在地震、波流等循环荷载作用下海床的土体特性发生变化,进而对桩基的抗震性能产生影响,因此有必要对流体-桩基-海床的动力相互作用展开全面而深入的研究。文中基于饱和软黏土刚度衰减模型,建立了考虑地震动水效应的桩基-海床数值模型,探讨在不同地震动输入下,地震动水压力对桩基位移、剪力、弯矩反应的影响。研究表明:动水压力对桩基动力响应的影响程度与输入的地震动特性有关,一般在频率较低(如f=1~5 Hz)、烈度较大的地震激励下,动水压力的影响更为显著。考虑动水压力时,桩基出水面部分的位移增大,埋置在土层内的桩身剪力增大,桩底负弯矩增大,且从出现响应峰值时刻开始,动水压力对桩基位移、剪力、弯矩时程反应的影响更为明显。因此,在开展深海桥梁桩基设计时,有必要考虑地震动水效应对桩基抗震性能的影响。文中还进一步讨论了考虑动水压力时,桩基入水深度、土层厚度和地震烈度等因素对桩基动力响应的影响,结果表明随着水深增加、地震烈度变大,动水压力对桩基弯矩响应的影响更为显著;随着土层厚度的增加,动水压力对桩基位移的影响更为明显,该研究为深水桥梁桩基的抗震设计提供了重要的参考依据。

摘要： 为探究多孔材料中流体流动和温度变化,课题组对溶质和溶剂在孔隙内发生的多物理场耦合问题进行研究。首先,基于局部热非平衡理论(LTNE),分析发生的THMC耦合反应,推导出其控制方程组;其次,将其物理模型简化为内含圆孔无限大平面,通过COMSOL Multiphysics软件,选用一维轴对称坐标系模拟仿真,研究多孔介质应力、孔隙流体压力、溶质摩尔分数和流固体温度分布规律;最后,分析各物理场参数影响。结果表明:随时间增加,各因变量峰值和谷值逐渐沿径向伸展,各物理场之间相互影响愈加深远;反应过程中需衡量参数取值。该研究既可为相关实验和解析方法提供参考,也可直接应用于实际工程中,有助于深入了解饱和多孔介质热流固化完全耦合行为。

摘要： 针对目前多孔介质热流固耦合数学模型多为不完全耦合模型,且物理模型多为一维或一维轴对称模型的现状,对二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合问题进行数学建模和数值分析.采用强耦合方式实现热流固3个物理场的完全耦合.在平板左侧施加30°C流体和固体温度边界条件及固定位移边界条件,平板其他边界温度场和位移场假设为自然边界条件,平板四周加载0 Pa的孔隙压力边界条件.利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件的偏微分方程(PDEs)模式实现上述完全耦合模型的求解,得到渗流场、应变场以及双温度场的数值解.数值结果表明,随时间增加,流体和固体温度、应变及孔隙压力沿x轴方向传递,同时发现x轴方向应变远大于y轴方向应变.此外,随时间增加,y轴方向应变和孔隙压力最大值逐渐减小.研究建立的数学模型和数值解有助于深入认识二维饱和多孔介质热流固完全耦合力学行为.

摘要： 流固耦合地震波动问题主要研究由流体和固体构成的复杂系统中地震波传播特性及其规律.传统模拟方法中一般以声波方程、弹性波方程的数值解分别描述理想流体和弹性固体中的波动,并实时地处理两种不同性质介质之间的相互耦合作用,数值格式复杂且限制数值模拟精度与计算效率.本文采用谱元法结合多次透射公式人工边界条件实现了一种流固耦合地震波动问题的高阶显式数值计算方法.该方法利用了流固耦合问题统一计算框架,可将饱和多孔介质的Biot波动方程分别退化为理想流体的声波方程和弹性固体的弹性波方程.通过P波垂直入射的水平成层理想流体-饱和多孔介质-弹性固体场地模型、P波斜入射的不规则层状界面以及任意形状界面的理想流体-饱和多孔介质-弹性固体场地模型等三个算例,与传递函数法解析解以及集中质量有限元法计算结果进行对比分析,证明了本文方法的正确性与有效性.数值模拟结果表明,本文方法相较传统有限元法可以少得多的节点数量获得更高的数值精度,并且在较宽的频率范围内都能可靠地模拟出流固耦合系统的动力响应,充分体现出本文方法兼顾高精度、计算效率和复杂场地建模灵活的特点.

摘要： 针对饱和多孔介质中热弹性波的传播特性问题,基于多孔介质理论和广义的热弹性模型,研究平面S波在饱和多孔热弹性介质边界上的反射问题。以考虑流-固耦合的饱和多孔介质波动方程和热-弹耦合的广义热弹性基本方程出发,建立饱和多孔介质的热-流-固耦合弹性波动模型。通过引入势函数并考虑自由透水和绝热的边界条件,经过理论推导最终给出在饱和多孔热弹性介质边界上的四种反射波的振幅反射率的理论表达式。在此基础上进行数值计算,分别讨论平面S波的入射频率、入射角和热膨胀系数等参数对四种反射波的振幅反射率的影响情况。结果表明:各反射波的振幅反射率分别随频率和热膨胀系数的增大而增大,同时也受到平面S波入射角变化的影响。该结论对于土动力学的理论研究及其相关的工程勘探具有一定的指导意义。

摘要： 针对饱和多孔介质中热弹性波的传播特性问题,基于多孔介质理论和广义的热弹性模型,研究平面S波在饱和多孔热弹性介质边界上的反射问题.以考虑流-固耦合的饱和多孔介质波动方程和热-弹耦合的广义热弹性基本方程出发,建立饱和多孔介质的热-流-固耦合弹性波动模型.通过引入势函数并考虑自由透水和绝热的边界条件,经过理论推导最终给出在饱和多孔热弹性介质边界上的四种反射波的振幅反射率的理论表达式.在此基础上进行数值计算,分别讨论平面S波的入射频率、入射角和热膨胀系数等参数对四种反射波的振幅反射率的影响情况.结果表明:各反射波的振幅反射率分别随频率和热膨胀系数的增大而增大,同时也受到平面S波入射角变化的影响.该结论对于土动力学的理论研究及其相关的工程勘探具有一定的指导意义.

摘要： 本文基于三维流体饱和多孔介质方程的混合有限元形式,用四阶谱元方法来模拟波场传播,为模拟吸收边界,推导了相应的完全匹配层(PML)方程,数值计算表明本文方法具有精度高和边界吸收效果好的优点.

摘要： 采用室内石英砂柱出流实验,研究了不同环境因子(腐植酸、离子强度)对纳米二氧化铈(Nano-CeO2)在饱和多孔介质中运移的影响.结果表明:随着本体溶液腐植酸浓度的增加,Nano-CeO2的Zeta电位随之升高,滞留常数(k1)逐渐减小,Nano-CeO2在饱和多孔介质中的迁移能力增强.随着本体溶液离子强度的增大,Nano-CeO2的双电子层被压缩,Zeta电位逐渐降低,滞留常数逐渐增加,Nano-CeO2在饱和多孔介质中的迁移能力减弱.当降低本体溶液的离子强度,会使沉积在多孔介质中的Nano-CeO2得以释放.利用HYDRUS-1D对实验穿透曲线进行模拟,拟合结果与实验数据非常匹配,说明利用该模型模拟饱和条件下Nano-CeO2在饱和多孔介质中的迁移完全可靠.该研究结果有助于进一步了解Nano-CeO2在地下水系统中运移的机理.

摘要： 采用饱和多孔介质u-U 形式控制方程,在两相物质点方法基础上,提出了饱和多孔介质与固体及饱和多孔介质间的接触算法.在饱和多孔介质与固体的接触中,通过接触节点上固相与液相速度信息来处理孔隙流体非渗透条件;在饱和多孔介质间相互接触的问题中,分别考虑了固相与固相、液相与液相的接触.用一维饱和土体与固体的冲击算例,验证了算法的有效性与正确性,并模拟了二维固体对饱和多孔介质基础的冲击和二维饱和多孔介质之间的相互接触.

摘要： 本文概括地总结和评价了饱和多孔介质土动力学理论与分析方法在国内外的研究成果,着重讨论了饱和多孔介质土动力学的基本方程、饱和土中弹性波的传播特性、饱和土地基上的基础振动分析以及饱和土体动力分析的时域数值解及地震反应等方面的研究现状.

摘要： 从等温准静态下饱和多孔介质的静力基本方程出发，研究了其广义变分原理。

摘要： 该文在Ｂｉｏｔ两相饱和多孔介质动力学理论的基础上，根据地震波从两相饱和多孔介质向固体单相介质入射时交界面上的连续性条件，推导了考虑能量耗散的情况下，平面Ｐ〈，１〉波以任意角入射时在交界面上的反射和透射系数的计算公式。

摘要： 基于Biot波动理论,建立了饱和多孔热弹性波动方程,研究了SV波在平面界面上的反射问题.在排水和不排水条件下,推导了饱和多孔介质自由边界上P1波、P2波、T波及S波反射系数的表达式.通过算例讨论了频率和排水条件对4种波反射系数的影响,结果表明:P1波中出现明显的低频放大作用,不排水工况更为明显;P2波反射系数较小,且随频率增大而增大;相对于P,S波,T波的反射系数较小.

摘要： 本文基于孔隙弹性理论，结合杂交粒子水平集方法、合适的物质接触界面和自由界面边界条件，提出一套用于求解三维Euler型孔隙压波问题的CE/SE计算方案。研究孔隙压扩散和衰减的传播速度和衰减因子，识别主导孔隙压扩散和衰减的特征水文地质参数。结合特定油藏及相关地质体物性参数，定量分析孔隙压扩散和衰减的传播速度和衰减因子；根据储层地质资料，建立三维模型，定量计算孔隙压扩散和衰减的空间特征，结合孔隙压监测数据，检验模型。

摘要： 本文设计了两种通风方式下的太阳能多孔墙采暖系统，并采用饱和多孔介质能量双方程模型，Brinkman-Forchheimer Extended Darcy模型以及标准k-ε紊流模型，对采暖系统内的传热与流动特性进行计算、分析和比较。结果表明，太阳能多孔墙采暖系统的送排风方式，对采暖房内的温度场、流场有着很大的影响，它直接影响到系统的采暖效果，对多孔墙的热利用率有较大的影响。因此，在实际应用中应合理地设计太阳能多孔墙采暖结构，提高多孔墙的热利用率。

摘要： 基于多孔介质理论,在固相、流相不可压和小变形的假设下,建立了非局部热平衡流体饱和弹性多孔介质热-力耦合的动力学数学模型,给出了动力响应的一个Gurtin型变分原理,并对变分原理进行了讨论.

摘要： 本发明公开了一种地表水水位变化下多孔介质饱和非饱和测量系统，包括水槽、自动水位控制系统、架设在水槽上方的若干安装有竖直方向探杆的探头固定架和数据采集系统，水槽沿长度方向依次划分为地下水区域、多孔介质区域和地表水区域，水槽上多孔介质区域的上方架设有探头固定架，探杆伸入多孔介质区域内，自动水位控制系统和地表水区域连接，探杆上设置有分别与数据采集系统相连接的张力计、压力传感器和含水率探头。本发明能够实现任意变化水位下多孔介质中非饱和情况的测量，实验过程中水位变化、含水率、压力和张力测量均可自动实现，可节约人力提高实验效率，本发明可以为研究变化水位与多孔介质中地下水之间交换的水动力过程提供科学的指导。

摘要： 本发明涉及天然气水合物储层开发技术领域，公开一种动态测定多孔介质中气体水合物饱和度和渗透率的方法，选取岩心，设计并搭建水合物生成系统，包括低场核磁谱仪中的岩心夹持器，岩心夹持器内形成有围压腔；在所述围压腔内加入无磁围压液；设定围压腔内的围压和气路气压并调节温度生成气体水合物，实时采集核磁谱图，确定气体水合物的生成阶段；采集水合物饱和度稳定时对应核磁谱图的核磁信号，对比无水合物时核磁信号总量，将两者的差值转化成水合物生成消耗水的质量；用物质平衡方法进行气体水合物饱和度的计算，测量得到所述饱和度对应的含水合物岩心的渗透率。本发明能够在提高测量水合物饱和度精确度的同时，极大缩减实验步骤和耗时。

摘要： 本发明提供了一种测量多孔介质中流体饱和压力和渗流能力的装置及方法，该装置包括：高温高压岩心夹持器、双向活塞泵、体积调节装置、压力采集装置及压差采集装置；其中，体积调节装置包括腔室及活塞，活塞一侧为有效腔室，活塞能够在腔室内移动，调节有效腔室的体积；其中，待测液经由有效腔室流入双向活塞泵，双向活塞泵使待测液流经高温高压岩心夹持器内的岩心样品；压力采集装置用于采集待测液所受的实时压力，压差采集装置的压力采集端设置于高温高压岩心夹持器的两侧，用于检测待测液流经岩心样品前后的压力差。该装置能够准确测量多孔介质中流体饱和压力和渗流能力。

摘要： 本发明涉及一种用于NMR试验多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置，包括控制器、试样件、无气水机构、二氧化碳通气机构、真空机构及排水管，试样件具有进入端与流出端，进入端分别与无气水机构、二氧化碳通气机构相连通，无气水机构用于将无气水通入试样件中，二氧化碳通气机构用于将二氧化碳通入试样件中，流出端与控制器相连通，控制器的另一端分别与真空机构、排水管连通，真空机构具有将试样件进行抽真空处理的抽真空状态。本发明提供一种用于NMR试验多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置。

摘要： 本发明涉及一种用于三轴多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置，包括容器、控制器、试样件、无气水机构、二氧化碳通气机构、真空机构、围压机构及排水管，试样件设置于容器内，试样件与容器内壁之间构成容纳水溶液的容纳腔，容纳腔与围压机构相连通并由围压机构对水溶液进行加压，试样件具有进入端与流出端，进入端分别与无气水机构、二氧化碳通气机构相连通，无气水机构用于将无气水通入试样件中，二氧化碳通气机构用于将二氧化碳通入试样件中，流出端与控制器相连通，控制器的另一端分别与真空机构、排水管连通，真空机构具有将试样件进行抽真空处理的抽真空状态。本发明提供一种用于三轴多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置。

摘要： 本发明公开了一种地表水水位变化下多孔介质饱和非饱和测量系统，包括水槽、自动水位控制系统、架设在水槽上方的若干安装有竖直方向探杆的探头固定架和数据采集系统，水槽沿长度方向依次划分为地下水区域、多孔介质区域和地表水区域，水槽上多孔介质区域的上方架设有探头固定架，探杆伸入多孔介质区域内，自动水位控制系统和地表水区域连接，探杆上设置有分别与数据采集系统相连接的张力计、压力传感器和含水率探头。本发明能够实现任意变化水位下多孔介质中非饱和情况的测量，实验过程中水位变化、含水率、压力和张力测量均可自动实现，可节约人力提高实验效率，本发明可以为研究变化水位与多孔介质中地下水之间交换的水动力过程提供科学的指导。

摘要： 本发明提供能够稳定地制造具有高品质且高催化性能的不饱和醛和/或不饱和羧酸制造用催化剂挤出成型体的多孔型挤出模。该多孔型挤出模具备模主体和多孔板，上述模主体具有模孔、和用于使待成型的材料均匀地流入该模孔的整流部，上述多孔板含有具有300MPa以上的耐力的材料，具有多个直径为a(mm)的贯通孔，厚度为b(mm)，b/a为0.5以上且小于3.0，上述多孔型挤出模具有上述多孔板的中央部被设置于上述模主体的上述整流部的平面部支撑的结构。

摘要： 本发明涉及天然气水合物储层开发技术领域，公开一种动态测定多孔介质中气体水合物饱和度和渗透率的方法，选取岩心，设计并搭建水合物生成系统，包括低场核磁谱仪中的岩心夹持器，岩心夹持器内形成有围压腔；在所述围压腔内加入无磁围压液；设定围压腔内的围压和气路气压并调节温度生成气体水合物，实时采集核磁谱图，确定气体水合物的生成阶段；采集水合物饱和度稳定时对应核磁谱图的核磁信号，对比无水合物时核磁信号总量，将两者的差值转化成水合物生成消耗水的质量；用物质平衡方法进行气体水合物饱和度的计算，测量得到所述饱和度对应的含水合物岩心的渗透率。本发明能够在提高测量水合物饱和度精确度的同时，极大缩减实验步骤和耗时。

摘要： 本发明基于广义Biot理论的u‑p控制方程，以及对流粒子域插值技术，提供了一种饱和多孔介质大变形分析的CCPDI‑IMPM方法，该方法包括饱和多孔介质大变形固结过程分析及饱和多孔介质大变形动力过程分析。本发明采用隐式时间积分策略克服了传统显式物质点法受临界时间步长限制的缺陷，特别在求解准静态问题时显著提高计算效率；并结合CPDI的网格边界光滑插值优势及隐式物质点法的Euler‑Lagrangian描述优势在处理大变形及极端大变形时相较传统FEM计算性能更加稳健。本发明还提出了一种扩展物质点罚因子法，用以更加简单准确地处理流固耦合系统的边界条件。

摘要： 本发明基于广义Biot理论的u‑p控制方程，以及对流粒子域插值技术，提供了一种饱和多孔介质大变形分析的CCPDI‑IMPM方法，该方法包括饱和多孔介质大变形固结过程分析及饱和多孔介质大变形动力过程分析。本发明采用隐式时间积分策略克服了传统显式物质点法受临界时间步长限制的缺陷，特别在求解准静态问题时显著提高计算效率；并结合CPDI的网格边界光滑插值优势及隐式物质点法的Euler‑Lagrangian描述优势在处理大变形及极端大变形时相较传统FEM计算性能更加稳健。本发明还提出了一种扩展物质点罚因子法，用以更加简单准确地处理流固耦合系统的边界条件。