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关键词： 热流体环境   方解石胶结物   溶蚀孔洞   碳酸盐岩   良里塔格组   塔中地区  

摘要： 热流体对深层-超深层碳酸盐岩改造普遍,且研究不断深入,但多期次叠加的热流体活动改造后的胶结过程及流体环境演变尚待深入探讨。本文精选靠近塔中地区南北两侧主要断裂带的中2井和顺6井两口钻井,对其上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩溶蚀孔洞内的多期类似的方解石胶结物,进行了手标本观察、包裹体薄片镜下观察、流体包裹体测试、阴极发光以及LA-ICP-MS等测试分析,系统开展了两口钻井碳酸盐岩溶蚀孔洞内不同期次胶结物的元素构成、流体环境特征及演化等综合研究,得出如下主要认识:(1)通过岩芯手标本、显微镜下薄片鉴定及阴极发光综合观察分析,对溶蚀孔洞内胶结物进行了期次划分,可识别出纤维-柱状方解石、粒状方解石(进一步按晶形大小划分出两期)等胶结期次。(2)系统进行了不同胶结物流体环境特征分析。中2井纤维-柱状方解石胶结物具有高温中盐度,不具阴极发光性;晶形较小的粒状方解石胶结物具有中温中盐度,较强阴极发光性;晶形较大的粒状方解石具有高温高盐度,发光性较弱甚至不发光。顺6井中粒状方解石胶结物高温中盐度,具有较弱的阴极发光性。(3)对不同胶结物流体来源特征进行探究。认为不同期次胶结物明显受到了热流体、地层水和大气淡水三者不同程度的混合影响,粒状方解石胶结物分为热流体和地层水混合、热流体和大气淡水混合的两种流体环境,而纤维状-柱状方解石胶结物成岩流体环境可能是热流体改造地层水并受大气淡水强烈改造的成因。而距离良里塔格组顶面更近的顺6井记录更为明显的大气淡水改造影响。有关大气淡水的注入时期以及不同胶结物的元素迁移演化的环境将有待在今后进一步深入探讨。

摘要： 同学们,水是自然界中常见的物质。你们知道吗?它有许多神奇的特性。本期水娃娃将带你研究水的神奇特性之——水的表面张力。2013年6月20日,神舟十号航天员在天宫一号上开展基础物理实验,为全国6000多万中小学生展开了一场别开生面的太空授课。其中,王亚平老师的水球实验格外引人注目。那晶莹剔透的水球如同水晶球一般充满了神奇的魔力,这就是水的表面张力在起作用啊。

关键词： 流体模拟   SPH方法   流固耦合边界处理   自由表面流体模拟   表面张力模拟   Marching-cubes表面提取  

摘要： 作为计算机图形学的一个重要分支,流体模拟在诸如影视特效、军事模拟、动画制作以及医学等方面都有着广泛的应用。流体模拟中边界以及液体表面张力的处理一直是流体模拟研究的重点,因此研究如何处理好流体模拟中边界以及液体表面张力的问题有很强的实际应用价值。本文首先介绍了流体模拟边界处理以及液体表面张力研究的历史沿革和国内外研究现状,然后针对上述问题开展了以下四方面工作:固壁虚粒子方法是流固耦合边界处理的主要方法;但该方法计算量比较大,并且会出现流体粒子穿透固体边界的情况。针对上述问题,本文在靠近边界的区域设置阻尼区,并给出两种自适应固壁虚粒子采样算法,保证了流体粒子不穿透固体边界,并且提高了模拟效率。传统的自由表面流体模拟方法中,添加空气粒子的计算量较大。针对这个问题,本文提出一种新的空气粒子生成以及自适应间隔时间步重新生成空气粒子的方法。与传统的方法相比,本文方法能够在不降低模拟效果的情况下大大提高模拟效率。在进行液体表面张力模拟时,传统的CSF型表面张力算法很难使得液体表面达到平滑的效果。本文对传统的CSF型表面张力算法进行改进,在液体表面张力的基础上添加液体表面切向力;仿真模拟效果表明本文改进的CSF表面张力算法模拟的流体表面足够平滑。此外,传统的Marching-cubes表面重建算法用等大单元格划分流体模拟区域,计算量较大。为此本文提出一种改进的Marching-cubes算法,将流体模拟区域通过不等大的单元格进行划分,从而加速流体表面的提取。

关键词： Levy噪声   粗糙势函数   平均首次穿越时间   分离概率   概率密度函数   基因开关模型  

摘要： 噪声诱导的动力学跃迁一直是非线性随机动力学研究的热点问题,相关理论已经被应用到多个领域,指导相关产品的研制和性能检测。目前随机动力学研究主要集中在传统的高斯白噪声情形下,然而自然界和工程应用中广泛存在具有大跳跃的随机扰动,基于小扰动的高斯白噪声无法描述这种具有脉冲现象的随机噪声。此外,研究发现在蛋白质折叠和结构玻璃转换等实际问题中,系统的势函数并不是传统的光滑情形,而是凹凸不平或粗糙的。针对具有大跳跃的Lévy噪声和粗糙势函数问题,本文主要研究了Lévy噪声诱导的粗糙势函数中的随机动力学跃迁现象,对比了其与传统高斯白噪声的不同影响机制,分析了与光滑势函数的不同作用机理。并将Lévy噪声下的随机动力学理论应用到基因开关模型中,阐述了噪声对系统切换的影响规律。论文的主要内容如下:首先,针对三势阱模型,构建了 Lévy噪声激励下具有粗糙三势阱的随机动力学系统,为了阐述Lévy噪声和粗糙势函数耦合对系统跃迁的影响,计算了系统的稳态概率密度分布、分离概率和平均首次穿越时间等。发现在对称Lévy噪声下,粗糙势函数对系统的整体概率分布和分离概率影响较小,然而对于偏斜的Lévy噪声,粗糙势函数显著地影响了系统的概率分布和分离概率。此外,粗糙势函数能够明显减小系统由中间势阱向两侧穿越的平均时间,并且对于较大稳定性参数和较小噪声强度,粗糙势函数的影响更加明显(本部分对应论文第二章)。然后,针对具有周期势阱的Ratchet模型,研究了Lévy噪声激励下具有粗糙Ratchet势函数随机动力学系统中的输运问题。首先,考虑了无外力作用下的粗糙Ratchet系统,通过对系统平均速度、分离概率和平均首次穿越时间的计算和分析,发现粗糙势函数能够通过增加系统向速度反方向跃迁的概率,减小系统的平均速率。此外,粗糙Ratchet的非对称参数能够显著地影响粗糙势函数的作用,在一定条件下粗糙势函数能够促进系统的跃迁,减小系统的平均首次穿越时间(本部分对应论文第三章)。其次,在前一部分的研究基础上,针对粗糙势函数能够促进系统跃迁的现象,研究了受外力的Ratchet系统中粗糙势函数对动力学跃迁的增强作用。发现外力的增加能够明显地减小粗糙势函数和Lévy噪声稳定性参数的增强区域,且稳定性参数的增强区域主要集中在远离高斯白噪声情形的区域(α=2.0)。对于固定外力和稳定性参数,存在一个最优的粗糙强度使得系统的平均速度达到最大(本部分对应论文第四章)。最后,基于弱噪声极限理论,研究了 Ito积分和Marcus积分意义下,受乘性噪声激励的Lévy Ratchet中的随机动力学跃迁,分别得到了两种随机积分下系统的逃逸概率、平均首次穿越时间和分离概率,对比和分析了两组结果,发现了两种积分对动力学跃迁的不同影响机理(本部分对应论文第五章)。最后,将已有的Lévy噪声下动力学跃迁的研究成果应用到基因开关模型中,讨论了 Lévy噪声对基因转录相干切换和开关切换的影响规律。发现Lévy噪声在较小噪声强度下就可以诱导产生相干切换,而高斯白噪声则需要较大的噪声强度。此外,计算了不同Lévy噪声稳定性参数、噪声强度和偏斜参数下系统的稳态概率密度函数,发现Lévy噪声能够诱导产生开关切换。同时,还发现两种状态切换所需要的平均时间不同(本部分对应论文第六章)。

关键词： 双进口两级中开离心泵   隔板   内部流动   流动损失   压力脉动   径向力  

摘要： 我国大力倡导节水增效,对大型水利水电工程不断进行改造,以实现水资源的优化配置和高效利用。双进口两级中开离心泵是一种大流量、高扬程、大功率的特殊离心泵,在大型提水灌溉工程中起着重要的作用。同时大功率也决定了它耗能大的特点。双进口两级中开离心泵运行效率关乎泵及系统的高效节能,泵内部非定常流动关系到泵及系统的稳定运行。对双进口两级中开离心泵内部流动及非定常特性研究是一个非常重要的课题。本文在国家科技支撑项目“海水淡化高效节能高压泵、增压泵研发及产业化”(2014BAB08B00)资助下,采用数值模拟和试验研究的方法从内部流动和非定常特性两个方面对双进口两级中开离心泵开展了深入研究。本文的主要工作和创新成果如下:(1)利用ANSYS-ICEM对双进口两级中开离心泵原型泵水体域进行了结构网格划分,对双进口两级中开离心泵内部流场进行了非定常计算,并通过试验验证了模拟的可靠性。结果显示该泵在设计工况下扬程低于设计扬程约16%,试验得到的效率也远低于额定效率。通过对其内部流动模拟发现,流体受到级间流道反流道的结构影响,流体以较大的预旋速度流入次级叶轮,次级叶轮入流质量较差,流速较低,严重影响了泵的扬程。级间流道中静压呈对称分布,抵消了部分径向力,起到较好的平衡作用。(2)通过时频域分析,研究双进口两级中开离心泵内部压力脉动传播规律。发现双进口两级中开离心泵各部件内压力脉动频率均以叶片通过频率为主。吸水室的压力脉动变化较为平缓。首级叶轮的压力脉动受到与级间流道两个隔舌的动静干涉作用,主频出现在两倍叶频处,沿着流动方向,主频和谐频处压力脉动幅值都随之增大。级间流道的正流道中压力脉动主频出现在两倍叶频处,而隔舌处的主频则出现在一倍叶频处,且沿着流动方向,幅值先增大后减小。反流道由于上下对称结构,压力脉动规律也相同。由于内部的复杂流动,次级双吸叶轮工作面的主频随流动方向发生了改变,叶轮出口受到隔舌动静干涉作用,从叶片进口到出口处监测点的主频处压力脉动幅值逐渐增大。压水室隔板处隔舌压力脉动幅值较大,且随着流动方向逐渐减小。(3)针对前期研究出现的扬程低且次级叶轮进口流动质量差的问题,提出在级间流道的反流道内增加一对对称分布的隔板。进而对其进行模拟和试验研究,过程与优化前相同。结果显示:加入隔板后,扬程达到设计扬程,且设计工况下试验效率提高了5%。隔板对级间流道和次级叶轮的影响较大,这是由于隔板阻断了原先无隔板情况下的绕流运动,使得次级叶轮的入流在叶轮旋转作用下,流动更加有序,说明隔板起到了有效的导流作用,提供了较高质量的入流,从而扬程增加,效率提高。(4)首次基于熵产的流动损失分析方法对双进口两级中开离心泵的流动损失进行定性分析。流动损失中,湍动能耗散损失占主导地位。损失主要产生于次级叶轮、级间流道和压水室内。隔板对下游流动损失影响远远大于对上游流动损失的影响。隔板改善了反流道内流体流动状态,改变叶片进口处来流入射角,削弱次级叶轮进口的预旋,减少了冲击损失和能量耗散。(5)对比分析了有无隔板对双进口两级中开离心泵运行稳定性的影响。研究结果表明:隔板对下游压力脉动影响较大,在主频处有隔板结构的压力脉动幅值明显高于无隔板结构的泵。低频处脉动明显得到改善,这是由于进口预旋速度降低,且流态更加有序,对压力脉动的干扰作用减弱。在次级叶轮所受径向力方面,设计工况下,隔板在一定程度上可以减小双进口两级中开离心泵次级叶轮所受径向力。大流量工况下,隔板不利于叶轮出口区域流体速度和压力均匀分布,增大叶轮所受径向力。

关键词： 流体力学实验   实验教学   计算机仿真   轴流风扇   皮托管  

摘要： 为强化流体力学课程实验教学环节,在分析目前流体力学实验教学9个主要问题基础上,提出发展计算机流体力学仿真实验教学的必要性和新思路。为方便开发和制作结合科研性的多媒体实验仿真软件,本文推出了14个传统和4个现代流体力学实验项目,基本覆盖了流体力学课程知识点。通过发动机轴流冷却风扇性能计算机仿真实验开发研制,阐明采用真机实验数据拟合方程式的方法生成仿真软件实验平台。经过实验数据对比,表明风扇性能计算机仿真实验贴近真实实验。实践证明计算机仿真实验教学是一条具有现实意义的发展模式和快捷方法。

关键词： 鄂尔多斯盆地东部   盒8段   流体包裹体   成藏期次   成岩-成藏耦合关系  

摘要： 本文以鄂尔多斯盆地东部上古生界下石盒子组盒8段储层为研究对象,利用岩心观察、常规铸体薄片、阴极发光、扫描电镜、地质冷-热台、激光拉曼探针等实验技术手段,对研究区上古生界盒8段储层岩性、物性特征进行了研究,然后重点研究了储层中流体包裹体的岩相学特征、均一温度、盐度和成分特征,结合研究区上古生界盒8段埋藏-热演化史,综合分析了研究区的成藏期次及成藏时间,并对成岩-成藏耦合关系进行了探讨。通过显微镜观察流体包裹体的岩相学特征,将流体包裹体按其宿主矿物的类型及产状分为六种类型。根据宿主矿物的形成序次和流体包裹体特征,可以将流体包裹体的形成划分为三个期次,第一期被捕获的流体包裹体赋存在石英颗粒的微裂隙中,形成于压实作用阶段;第二期被捕获的流体包裹体赋存在切穿石英颗粒的微裂隙、石英颗粒加大边的微裂隙、切穿石英加大边的微裂隙和切穿石英颗粒及其加大边的微裂隙中,形成于石英次生加大的胶结作用阶段;第三期被捕获的流体包裹体赋存于铁方解石胶结物中,形成于铁方解石胶结作用阶段。流体包裹体显微测温分析结果表明,流体包裹体均一温度主峰分布在110～140℃,其中,第一期被捕获的流体包裹体均一温度主峰分布在110～130℃,第二期被捕获的流体包裹体均一温度主峰分布在120～140℃,第三期被捕获的流体包裹体均一温度主峰分布在140～150℃。流体包裹体的盐度主要分布在0.35～3.87%,流体包裹体的盐度随均一温度升高表现出增大的趋势。推断研究区上古生界盒8段的油气充注是一个连续的过程。流体包裹体成分分析结果表明,流体包裹体成分有H2O、N2、C、H2S、CH4和CO2。根据成分可以分为盐水溶液包裹体、含气态烃盐水包裹体、气态烃包裹体和含C02包裹体。根据气相组分的差异,烃类包裹体分为富CH4、CO2烃类包裹体和富CH4烃类包裹体,富CH4、CO2烃类包裹体常见于第一期被捕获的流体包裹体中,富CH4烃类包裹体常见于第二期和第三期被捕获的流体包裹体中。推断研究区上古生界盒8段的油气经历了从低成熟到高成熟的演化。根据流体包裹体盐度、成分、均一温度特征,结合研究区埋藏-热演化史分析,认为研究区有一期天然气充注,充注时期为185～155Ma,即中侏罗世。通过储层致密化过程研究,认为在储层致密时期在175～155Ma。因此,研究区上古生界盒8段气藏的成藏模式为在185～175Ma时期储层先成藏后致密,175～155Ma时期储层边致密边成藏。

关键词： 氢键流体   经典流体的密度泛函理论   压力张量   表面张力  

摘要： 本文选取球形纳米腔中的氢键（HB）流体为研究对象,运用统计力学原理和经典流体的密度泛函理论研究了受限于球腔内的AaDd型氢键流体的压力张量、流体与腔壁间的封装能以及表面张力。首先,运用统计力学原理导出粒子间仅依赖于粒子质心间距的氢键作用势函数。然后采用经典流体的密度泛函理论分别获得开放和封闭球腔中氢键流体的平衡密度分布,进而推导出受限流体的压力张量。在此基础上,计算了氢键流体与腔壁间的封装能和表面张力。最后,对受限氢键流体的压力张量、与腔壁间的封装能以及表面张力的具体影响因素（氢键强度、氢键官能度、体相密度或平均密度和球腔半径）进行讨论,并对比了开放和封闭球腔中在各种因素影响下流体的相关物理性质。本文旨在为进一步揭示受限流体的聚集态结构和相关物理化学性质提供可能的理论线索,各章主要内容如下:第1章:绪论。简单介绍了本文的研究背景、受限流体的相关物理量以及密度泛函理论的发展历程,并对本文的主要研究内容予以说明。第2章:开放体系中AaDd型氢键流体的压力张量。概述了本文研究的理论模型。首先用角度平均的方法得出分子间仅依赖于质心间距的氢键相互作用,并运用经典流体的密度泛函理论获得氢键流体的平衡密度分布,进而推导出氢键流体的压力张量,然后计算出氢键流体与腔壁间的封装能以及表面张力。最后,对受限氢键流体的压力张量、与腔壁间的封装能以及表面张力的影响因素做了探讨。第3章:封闭体系中AaDd型氢键流体的压力张量。根据封闭球腔的密度泛函理论,计算出封闭球腔中氢键流体的压力分布、与腔壁间的封装能以及表面张力。在此基础上,对三种影响因素进行具体的讨论,进而对比了开放球腔和封闭球腔中氢键流体相关物理性质的差异。第4章:结论与展望。总结了本文的研究结果,并对相关领域的研究前景简单说明。

关键词： PDMS模板   图案化基底   液滴   单细胞   高通量  

摘要： 表面张力限制的液滴微流控技术在生物、化学等领域有着广泛的应用,使用简便而高效的方法制备出微液滴阵列是表面张力限制的液滴微流控领域近年来的研究热点之一。利用微液滴阵列可实现高通量的检测与分析,例如可进行单细胞的培养与分析、酶活性的高通量测定等。本文中,在表面张力限制的液滴微流控技术的基础上,提出了一种简便而可控的用于制备油盖水型液滴阵列的方法,并在该方法的基础上实现了微颗粒的封装和单细胞的捕获、培养以及动态观测。聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)是一种耐热、无毒的高分子有机材料,论文中将PDMS预聚物涂抹在硅柱阵列上,经加热固化后可得到PDMS模板,模板上均匀排布着一万多个微型孔洞。将PDMS模板覆盖在疏水性玻璃基底上,可实现等离子体的选择性刻蚀,得到分布有亲水点阵图案的玻璃基底。当等离子体的处理时间控制在10秒时,基底上亲水图案的尺寸与PDMS模板上孔洞的尺寸基本一致。通过引导溶液在亲疏水图案化基底上流动,可成功地制备出了形态规整、尺寸均一、排布整齐的油盖水型液滴。一万多个体积在31p L左右的液滴可在短短的5秒内生成,液滴生成的通量达到了3k Hz。通过在液滴阵列生成的过程中用油来覆盖液滴,一方面可使液滴之间相互隔离,另一方面可有效地阻止液滴的蒸发。在油的作用下,液滴阵列可在室温下保存3天左右的时间,且液滴体积的损耗小于35%。此外,通过对接触角的测量,论文基于润湿性原理详细地讨论了油盖水液滴阵列的产生的物理过程及其原理。基于所提出的制备液滴阵列的方法,成功地在液滴阵列中实现了单个聚苯乙烯(polystyrene,PS)微球和单细胞的捕获与封装,且发现液滴阵列中PS球的分布情况遵循泊松分布规律。使用浓度适当的、含有大肠杆菌的细菌培养液来制备油盖水型液滴阵列,可得到含有单个大肠杆菌的液滴。经过3天的培养,液滴中的大肠杆菌成功地进行了生长与增殖等生命活动,此外还对液滴中大肠杆菌的数量和形态的动态变化也进行了观测。文中所提出的制备油盖水液滴阵列的方法,具有高通量、简便、高效和低成本等优点,其在生物和化学分析等领域具有广阔的应用前景。

关键词： 永磁无刷直流电机   无位置传感器控制   反电势函数   换相续流  

摘要： 永磁无刷直流电机以其功率密度高、输出转矩大、结构简单、可靠性高等特点在电动汽车、数控机床、航空国防等领域得到广泛应用。通常永磁无刷直流电机需要位置传感器来确定换相信号,但位置传感器的安装会增大电机体积,其安装精度将直接影响电机的运行性能,因此永磁无刷直流电机无位置传感器控制引起国内外学者的广泛关注。高速重载工况下永磁无刷直流电机换相续流时间较长,有时续流的电角度甚至超过30o,导致常规方法无法检测到反电势过零点信号,造成换相失败。基于悬空相反电势和反电势斜率,本文提出一种基于反电势函数的永磁无刷直流电机无位置传感器控制方法。该方法将在线获取的反电势和反电势斜率与离线存储的参考值相除,构造了一个与转速无关的反电势函数,其阈值直接对应电机换相信号,不需要反电势过零点信号。通过同步采样技术检测悬空相端电压,在线获取悬空相反电势及反电势斜率,即可进行反电势函数的计算,当反电势函数值等于所设阈值时输出电机换相信号。反电势函数的计算不需要使用低通滤波器,避免了滤波所带来的相移补偿问题。同时反电势函数的阈值直接对应电机换相信号且换相信号的输出与反电势函数的计算区间无关,因此在电机换相续流时间较长,超过30o电角度的工况下也能控制电机稳定运行。最后搭建了以DSP+FPGA为核心的实验平台,在低速轻载、高速重载和额定工况下验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。实验结果证明了本文所提无位置传感器控制方法在换相续流时间较长,不能检测反电势过零点信号的工况下,仍能控制电机准确换相。