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关键词： surface Stokes   surface Helmholtz decomposition   stream function formulation  

摘要： In this paper we present a derivation of the surface Helmholtz decomposition, discuss its relation to the surface Hodge decomposition and derive a well-posed stream function formulation of a class of surface Stokes problems. We consider a C-2 connected (not necessarily simply connected) oriented hypersurface Gamma subset of R-3 without boundary. The surface gradient, divergence, curl and Laplace operators are defined in terms of the standard differential operators of the ambient Euclidean space R-3. These representations are very convenient for the implementation of numerical methods for surface partial differential equations. We introduce surface H(div(Gamma)) and H(curl(Gamma)) spaces and derive useful properties of these spaces. A main result of the paper is the derivation of the Helmholtz decomposition, in terms of these surface differential operators, based on elementary differential calculus. As a corollary of this decomposition we obtain that for a simply connected surface to every tangential divergence-free velocity field there corresponds a unique scalar stream function. Using this result the variational form of the surface Stokes equation can be reformulated as a well-posed variational formulation of a fourth-order equation for the stream function. The latter can be rewritten as two coupled second-order equations, which form the basis for a finite element discretization. A particular finite element method is explained and the results of a numerical experiment with this method are presented.

关键词： Classification algorithms   Uncertainty analysis   60 degrees sharp bend   Flow velocity   Flow depth  

摘要： Due to the complexity of variable distributions, it is essential to evaluate the flow patterns in sharp curved channels with different angles. It has recently become more common to use classification methods in combination with different artificial intelligence (AI) models to boost AI model performance. Gholami et al. (Appl Soft Comput 48:563-583, 2016a) obtained enhanced results by combining two common AI models with a classifier based on decision trees to estimate the flow velocity and flow depth in a 90 degrees sharp curved channel. Their results represent the superior performance and accuracy of hybrid models over classic AI models alone. However, because the diversion angle in intake and bend channels has a considerable influence on the flow variables, the flow patterns differ in 60 degrees and 90 degrees bend channels. Hence, the present paper evaluates the goodness-of-fit results of the classifier multilayer perceptron (CMLP) and classifier radial basis function (CRBF) models designed based on decision trees. These models were designed to estimate the velocity and flow depth patterns in a 60 degrees sharp curved channel based on 780 observational data for six flow rates: 5, 7.8, 13.6, 19.1, 25.3, and 30.6 l/s. According to the mean absolute relative error (MARE) and determination coefficient (R-2) results of 0.0514 and 0.6 for velocity and 0.005 and 0.99 for flow depth prediction, the proposed CMLP model is more accurate than the classic MLP model. The CRBF model performed similar to CMLP, whereby CRBF predicted both velocity (MARE 0.086 and R-2 = 0.9) and flow depth (MARE 0.0133 and R-2 = 0.9) more accurately than the RBF model alone. Overall, the CMLP and CRBF models exhibited MARE reductions of 3% and 20% in velocity prediction and 36% and 22% in flow depth prediction compared to the individual MLP and RBF models, respectively. Moreover, CMLP and CRBF produce robust relationships based on different categories established according to various hydraulic cond

关键词： Pyrolysis   Fluidized bed   Bio-oil   Palm kernel cake (PKC)   Nitrogen  

摘要： Palm kernel cake (PKC) was pyrolyzed in a bench-scale pyrolysis plant equipped with a bubbling fluidized bed reactor, char separation system, and bio-oil recovery system under various reaction temperatures. Experiments were conducted to evaluate the effects of reaction temperature and observe the behavior of nitrogen in pyrolysis products. The maximum yield of bio-oil from PKC was approximately 63 wt.% at a reaction temperature of 401 degrees C. The main chemical compounds of bio-oils obtained from PKC were acetic acid, levoglucosan, nitrogen-containing compounds, and fatty acids such as dodecanoic acid, octanoic acid, tetradecanoic acid, and oleic acid. At reaction temperatures above 401 degrees C, the nitrogen content of bio-oils does not depend on reaction temperature. It is suggested that the resulting bio-oil requires additional treatment for use as a clean fuel.

关键词： 低渗透油藏   采收率   生物基纳米流体   表面张力   接触角   提高原油采收率  

摘要： 在已探明的油气储量中，低渗透油藏占比多且分布广，具有很好的开发前景。但是现有技术对于低渗透油藏的开发来说，具有一定的难度。渗透率低是这种油藏的特点之一，如何增加驱替液的波及体积来提高采收率成为一个重要课题。　　本文研究纳米颗粒含量、矿化度及表面活性剂浓度对所配制生物基纳米流体的影响，考察了在不同矿化度条件下的生物基纳米流体的表面张力（润湿性）及稳定性。获得了不同矿化度条件下纳米流体体系的最佳配方，后续通过接触角实验、渗吸实验、玻璃微观模型实验验证所获得的生物基纳米流体对于改变油藏润湿性及提高采收率的可靠性，最后通过人工岩心物理模拟驱替实验，证实了生物基纳米流体提高原油采收率的效果。　　实验结果表明，在20000mg/L矿化度下，槐糖脂100mg/L，添加750mg/L15nmSiO2颗粒;在30000mg/L矿化度下，槐糖脂100mg/L，添加250mg/L15nmSiO2颗粒能将溶液的表面张力降到最低并且能保证溶液的稳定性约10天。这为生物基纳米流体用于不同矿化度的低渗透油藏，提供了工业配制纳米流体所需要的时间。通过岩心驱替实验可知，对于渗透率?50MD低渗透岩心驱替实验中，其中当注入流速为0.02mL/min时，最终采收率为62%，达到最佳。渗透率?10MD特低渗岩心驱替实验，当注入流速为0.2mL/min时，最终采收率为48%，在这种注入流速下能取得最佳的原油采收率。

关键词： 体验式学习   核心素养   高中物理   教学设计  

摘要： 推动物理学科核心素养在物理教学中"落地生根"是当前物理教育中的一个热点议题。以"液体表面张力"为例,基于体验式学习理念进行教学设计,通过创建生活化的学习情境、结合学生生活经验等具体操作方式,加强物理学科核心素养的培养。

关键词： 河北省怀来县地热流体   化学组分特征及分析  

摘要： 怀来县地热田位于河北省东北部,地下热水形成与深部的岩浆源所造成的热液活动有关.通过对该区地热流体水化学数据研究后发现地热水化学类型为硫酸钠型水.地热水富含氟和可溶性硅酸盐.可溶性偏硅酸含量偏大与岩浆中迁移的二氧化硅有关,地热水矿化度较高与地热水在深部高温高压环境下溶解了大量岩土体成份有关.地热流体主要来源于大气降水.

关键词： 液滴撞击   电场   表面张力   偏心距   动力学特性  

摘要： 液滴撞击细纤维现象在能源与环境领域广泛存在,深入研究液滴撞击细纤维过程可以更好地了解其问题的本质,优化撞击过程中液滴捕获量对实际生产和现代高科技应用具有积极的意义。目前关于优化液滴捕获量的研究集中在重力场作用下改变纤维属性,本文利用高速摄像机对电场作用下液滴撞击细纤维的动力学特性进行了可视化研究,并利用水平集方法模拟分析了偏心距对液滴撞击细纤维动力学特性的影响。设计并搭建了电场作用液滴撞击细纤维的实验系统,利用高速摄像机观测了不同电场作用下,去离子水液滴、乙二醇液滴和乙醇液滴分别以相同速度撞击细纤维的动态过程,使用Photoshop软件处理图像数据,分析了表面张力和场强大小对液滴特征参数的影响。结果表明,液滴撞击细纤维过程历时极短,碰撞后液滴变形,迅速达到最大铺展且穿过细纤维,之后液膜回缩并在细纤维上反复震荡后达到平衡;表面张力较大的去离子水液滴碰撞后悬挂在细纤维下方达到平衡状态形成悬挂模式,表面张力较小的乙二醇和乙醇液滴碰撞后从细纤维上脱离形成脱落模式;悬挂模式的铺展因子由于液滴的回弹达到最大值后在减小的过程中出现了一次轻微起伏,无量纲中心液膜高度由于回弹出现一次较大的起伏,而脱落模式的铺展因子达到最大值后一直减小直至稳定,无量纲中心液膜高度未出现较大的起伏;施加电场作用后,液滴下落时向正极板方向倾斜,且场强越大倾斜程度越明显;电场作用促进了液滴在细纤维轴向上的铺展,液滴达到的最大铺展因子随着场强的增大不断增大,增大程度从强到弱依次为乙醇液滴、去离子水液滴及乙二醇液滴;施加外电场增大了液膜首次回缩达到的最大高度和液滴达到平衡状态所需时间,尤其体现在悬挂模式,在脱落模式中这种影响体现的不明显。运用水平集方法建立了液滴撞击细纤维的二维物理模型,研究了偏心距对液滴撞击细纤维动力学特性的影响,分析了液滴铺展因子、探测点压力大小和速度大小随时间的变化规律。结果表明,偏心距对液滴碰撞后的流动形态有重要影响,随着偏心距的增加,液滴撞击细纤维后被分成的两个小碎片体积变得不完全相等,不同偏心距时铺展因子变化趋势相同,但偏心距为0.2mm时增强细纤维保留液体的能力;在撞击过程中,纤维顶点压力大小与偏心距有关,液滴各探测点速度大小分布不同,随时间的变化趋势受偏心距影响,液滴在其与细纤维间的液体桥断裂时达到最小速度。

关键词： 钨基合金   嬗变元素   氦   级联碰撞   辐照缺陷   原子间相互作用势   分子动力学  

摘要： 核聚变能是一种极具前景的未来能源,开发合适的聚变反应堆材料是聚变能源发展的重要挑战之一。金属钨(W)由于具有高熔点、良好的导热性、高物理溅射阈值等优良特性,被视为未来核聚变反应装置中最有可能全面应用的面向等离子体材料(PFM)。在高能中子(14.1Me V)辐照下,W材料中除产生大量的辐照缺陷外,还会产生嬗变元素,如铼(Re)、锇(Os)、钽(Ta)、铪(Hf),其中Re是主要嬗变产物,在辐照下会偏析形成χ和σ相。作为PFM,W在其服役期间也将受到高通量、低能氦(He)等离子体的轰击。He在W中的溶解度和迁移能垒很低,极易在W中扩散和聚集,导致气泡和丝状纳米结构的形成。这些都将导致W材料性能劣化,严重降低反应堆使用寿命。由于实验的困难性,计算模拟作为增加我们对材料中子辐照过程的理解以及解释或扩展实验观察的工具而受到越来越多的关注。在这些方法中,分子动力学和蒙特卡洛方法已被广泛使用,但它们都严重依赖于势函数来描述原子间的相互作用。目前,用于辐照条件下的W-基合金体系势函数十分缺乏,相关模拟研究难以进行。为此,本论文发展了部分W-基体系势函数,包括W、Ta、V、Mo、Re元素势函数以及W-Re、W-Ta、W-V、W-Mo二元体系势函数和W-Ta-He三元体系势函数,并对这些势函数进行了系统的检验。对于元素势函数,其很好地再现了拟合的物理性质,包括内聚能、晶格常数、弹性常数、体模量、平衡状态方程、空位和最稳定自间隙原子的形成能。其次,构建的元素势函数合理地预测了辐照缺陷的一些关键性质,如空位迁移能、自间隙原子的迁移能和旋转能、<100>和1/2<111>间隙位错环的相对稳定性以及堆垛层错能等。对于二元合金势函数,其合理地描述了W块体中相应替位溶质原子的形成能、溶质原子与点缺陷的结合能、纯溶质原子对的结合能等关键缺陷性质以及有序合金的形成能和晶格常数。W-Ta-He势函数合理地描述了块体W/Ta中各种He缺陷的性质,如替位、四面体位、八面体位He的形成能、间隙He原子的迁移能、小的He-空位团簇以及溶质Ta与He的结合能等。势函数为Finnis-Sinclair形式,具有较高的计算效率,并作了短程ZBL修正。基于测试结果,构建的势函数适合于辐照点缺陷、位错环以及级联碰撞相关模拟研究,同时可为W-基多元体系以及BCC难熔高熵合金体系势函数的构建提供基础和参考。利用所构建的势函数研究了纯W以及W-Re、W-Ta、W-V、W-Mo合金体系的级联碰撞过程、W中间隙型缺陷与嬗变元素Re的相互作用以及溶质Ta对W中He行为的影响等问题。级联碰撞模拟从缺陷的产生、缺陷的数目和结构等方面进行了详细分析,获得的结果将对钨基体系辐照初级损伤的理解及随后退火过程缺陷长时间的演化模拟提供基础。溶质Re与单个间隙W具有较强结合能力,形成的Re-W哑铃具有低的迁移和旋转能垒,易三维迁移运动。小的W自间隙团簇与溶质Re结合形成稳定的含Re团簇,其运动性明显减弱。当溶质Re位于1/2<111>间隙位错环的核芯区域时,其结合能最高,相互作用距离最大。W-Re合金中,1/2<111>间隙位错环的运动性随Re浓度的增加而逐渐降低。获得的结果有助于理解Re和间隙型缺陷间的相互作用以及Re的初始形核。小的He原子团簇(N?4)在纯W中较容易扩散,其扩散激活能小于0.3e V。溶质Ta与小的He原子团簇结合能在0.5-0.9e V之间,对其运动具有一定的钉扎效应。温度较高时溶质Ta并不能定性阻碍He原子的团聚,但由于存在一定的钉扎效应,与纯W相比,溶质Ta的存在对He的团聚在时间上存在一定的延期效应。这些结果为理解He在W-Ta合金中的行为提供基础。

关键词： 前坪水库   测压管   渗压计   误差   相关性  

摘要： 渗流监测是大坝安全监测的重要项目,测压管是观测坝体渗流的重要装置,测压管的观测方法可采用电测水位计和渗压计进行测读,目前普遍采用振弦式渗压计,但振弦式渗压计的测量结果受施工环境、气压等因素的影响可能出现偏差。为了判定振弦式渗压计测读的水位数据是否真实可靠,结合前坪水库工程实际及已安装埋设的4套测压管进行了振弦式渗压计测量精度分析,同时利用电测水位计进行人工测量,将两种测量结果进行对比分析,发现渗压计的数据误差很小,且与电测水位计读取数据的相关性极好,可以作为现场水位计算的依据。

关键词： 混积致密储层   岩石物理特征   储层分类评价   流体性质识别   下干柴沟组上段  

摘要： 随着石油勘探向复杂储层不断深入,混积岩储层逐渐成为石油公司和学者们研究关注的热点。但由于混积岩本身频繁多变的岩性、复杂的孔隙结构、强非均质性等特点,造成了混积岩定名分类难度大、对其岩石物理特征认识不清、识别流体性质困难等问题,极大地制约了这类储层的高效勘探和开发。本文以柴达木盆地英西地区下干柴沟组上段(E)为例,针对该区发育的湖相混积致密储层,以岩心、薄片、扫描电镜、阴极发光、X衍射和微区矿物定量分析等岩石物理实验资料为基础,对混积岩的命名分类方法和岩石物理特征开展了研究,并在此基础上结合常规测井和成像测井等建立了储层分类评价方法,阐述了混积岩地层中低对比度油层成因,并建立了流体性质识别方法。研究结果表明:英西E混积储层中碳酸盐类矿物含量最多,其次为陆源碎屑矿物、粘土矿物和膏盐类矿物。根据这4类矿物的相对含量,逐级分类建立了湖相混积岩定名方法。将英西E混积岩主要分为(含膏)泥-砂质灰云岩、含膏(膏质)灰云岩、含泥(砂)灰云岩、含膏(膏质)混积岩和(含膏)灰云质砂岩等5种,其中(含膏)泥-砂质灰云岩发育频率最高,其次为含膏(膏质)混积岩。含膏(膏质)混积岩的混积程度最强,表现为陆源碎屑矿物、粘土矿物和碳酸盐类矿物频繁互层混积或以分散形式在组构上混积。灰云岩类混积程度中等,成分上以碳酸盐类矿物为主,陆源碎屑颗粒呈分散状或条带状分布。(含膏)灰云质砂岩和蒸发岩混积程度最弱。英西E混积储层孔隙度多在0%～6%之间,渗透率多在1m D以下,白云石晶间孔最为常见。(含膏)泥-砂质灰云岩发育白云石晶间孔、微-毫米级别的粒间(溶)孔和层间缝,孔喉半径主要在0.004μm～0.05μm之间,多集中于0.015μm,电阻率、密度和伽马值中等,电成像测井以弱层状和亮斑状图像模式为主。含膏(膏质)灰云岩发育白云石晶间孔和基质扩溶孔,孔喉半径主要在0.004μm～0.04μm之间,电阻率、密度值较高,伽马值较低,电成像测井图像模式多呈亮斑状。含泥(砂)灰云岩发育白云石晶间孔和溶蚀孔,孔喉半径范围主要在0.004μm～0.15μm之间,电阻率、密度值中等,伽马值较低,电成像测井图像模式多呈暗斑状和弱层状。含膏(膏质)混积岩发育白云石晶间孔,部分可见层间缝,孔喉半径主要在0.003μm～0.02μm之间,连通性较差,电阻率、密度为中低值,伽马值中等,电成像测井图像模式以强层状为主。(含膏)灰云质砂岩发育粒间(溶)孔和白云石晶间孔,孔喉半径主要在0.005μm～0.1μm之间,电阻率、密度和伽马均为中低值,电成像测井图像模式以块状为主。研究区混积岩有角砾化孔洞发育,其直径多在0.5mm～2mm,溶蚀角砾孔洞多发育在灰云岩中,构造缝和构造角砾化孔洞的发育多受构造活动强弱控制。不同类型矿物对孔隙结构有不同的影响,粘土矿物含量的增加导致岩石孔隙结构更复杂,白云石含量增加有利于改善岩石孔隙结构,方解石、陆源碎屑矿物和膏盐类矿物对岩石孔隙结构的影响存在不确定性。融合常规测井和电成像测井,由孔隙度、岩性类别指示系数和裂缝孔隙度构建孔隙特性指数MQI,由面孔率和裂缝孔隙度构建渗透特性指数FHI,两者交会可对混积岩储层进行分类评价。英西E油层和水层之间的对比度较低,主要是岩石骨架矿物类型及含量、储层物性及孔隙结构复杂程度和泥浆侵入作用等因素耦合叠加、综合影响造成的。通过校正、抵消非流体因素对测井响应的影响,基于测录井结合、电法与非电法测井结合、常规测井和新技术测井结合、数学统计判别等手段,建立了岩性校正识别法、基于岩性分类Fisher判别法、改进的视地层水电阻率(R)频谱法、视电阻增大率(I)与宏观俘获截面(Σ)结合法等4种流体性质识别方法,可实现对英西混积致密储层流体性质的识别。