【摘要】：納米通道中液體流動(dòng)特征對(duì)多孔膜分離提純、微流控芯片和微機(jī)電系統(tǒng)的研究與制造及非常規(guī)油氣資源的開發(fā)具有十分重要的作用。目前,針對(duì)微納米尺度下的液體流動(dòng)特征研究主要集中在微米尺度,納米尺度下的油流動(dòng)特征及油-水兩相流動(dòng)特征研究較少,流動(dòng)機(jī)理尚不明晰,為了研究納米尺度下液體流動(dòng)特征,本文開展了固體壁面油接觸角分子動(dòng)力學(xué)模擬、油在納米通道陣列中的流動(dòng)特征研究以及納米通道陣列中非穩(wěn)態(tài)水驅(qū)油流動(dòng)特征研究。通過本文的分子動(dòng)力模擬及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用分子動(dòng)力學(xué)模擬作為手段,進(jìn)行固體壁面上油接觸角模擬,發(fā)現(xiàn)在納米級(jí)尺度下,壁面厚度和油滴分子數(shù)對(duì)油滴接觸角影響不大,油滴接觸角隨著壁面相互作用勢(shì)能的增大而線性減小。納米通道陣列中油的流動(dòng)特征實(shí)驗(yàn)表明:單相油在納米通道中的流動(dòng)符合傳統(tǒng)Hagen-Poiseuille方程所描述的線性特征,但實(shí)驗(yàn)體積流量小于理論體積流量;邊界層占比隨著壓力梯度的增大而非線性降低,并最終趨向于一個(gè)定值,當(dāng)剪切速率趨近于0時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論相符:邊界層占比等于1,且小剪切速率時(shí),邊界層占比隨著剪切速率的增大而迅速降低,大剪切速率時(shí),邊界層占比隨著剪切速率的增大而緩慢減小,并趨向于不變;當(dāng)壓力梯度相同時(shí),阻力系數(shù)比隨著管徑的增大而減小,且在同一納米通道中,阻力系數(shù)比隨著壓力梯度的增大而減小并趨向于一個(gè)定值;單相油在納米通道中的流動(dòng)存在擬啟動(dòng)壓力梯度,且擬啟動(dòng)壓力梯度隨著納米管徑的增大而減小。納米通道陣列中非穩(wěn)態(tài)恒壓水驅(qū)油流動(dòng)特征實(shí)驗(yàn)表明:納米通道中水驅(qū)油的體積流量隨著驅(qū)替時(shí)間的增加整體上呈現(xiàn)非線性減小的特征,且流量始終低于相同條件下的單相油和單相水的體積流量;納米通道中水驅(qū)油過程中存在明顯流量波動(dòng)區(qū)域時(shí)間,波動(dòng)時(shí)間長度隨著管徑的增加而減小;納米通道中水驅(qū)油變化特征與超低滲以下的柱狀標(biāo)準(zhǔn)巖心水驅(qū)油變化特征類似,可作為超低滲油藏水驅(qū)開發(fā)及產(chǎn)量預(yù)測(cè)的輔助手段,為從事相關(guān)研究的學(xué)者開展進(jìn)一步的深入研究提供參考。
【圖文】：

圖 1-1 微結(jié)構(gòu)尺寸與相對(duì)應(yīng)的生物體系物質(zhì)圖Fig 1.1 microstructure size and corresponding biological system material graph在經(jīng)典力學(xué)中，一般認(rèn)為固體表面的液體分子與固體表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為零即無滑移邊界條件假設(shè)[3-5]。近年來，隨著微納米測(cè)試技術(shù)、微納米科技及相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，學(xué)者發(fā)現(xiàn)無滑移邊界條件假設(shè)在某些情況下不再成立，，即邊界滑移在許多情況下有可能發(fā)生，如在納米級(jí)光滑通道的疏水壁面[6-10]，甚至是親水壁

由于實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)的手段及技術(shù)的限制，對(duì)于微納米尺度下的研究，大部分仍集中在微米級(jí)別，納米尺度下液體流動(dòng)特征的實(shí)驗(yàn)研究論發(fā)展的步伐，理論結(jié)果需要實(shí)驗(yàn)結(jié)果的進(jìn)一步驗(yàn)證。米液體流動(dòng)國內(nèi)外研究進(jìn)展納米液體流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)及理論研究，國內(nèi)外學(xué)者作了大量的研究工作，及國外學(xué)者針對(duì)納米液體流動(dòng)特性的研究狀況進(jìn)行了調(diào)研，對(duì)當(dāng)前納米研究狀況進(jìn)行了分析和總結(jié)。納米液體流動(dòng)國內(nèi)研究進(jìn)展納米液體的流動(dòng)特性，國內(nèi)學(xué)者開展以一些相關(guān)方面的研究。本文利用以“納米液體流動(dòng)特性”作為主題進(jìn)行檢索，檢索到的相關(guān)文獻(xiàn)按照學(xué)科劃在動(dòng)力工程、材料科學(xué)、力學(xué)、航空航天科學(xué)工程以及石油天然氣工程狀況隨年份變化的特征如圖 1-2 所示。從圖 1-2 中可以看出，我國針對(duì)特性的研究起步較晚，研究狀況整體上呈現(xiàn)為：隨著年份的增加研究的斷增加。到現(xiàn)在為止，2017 年的納米液體流動(dòng)特性研究數(shù)量最多為 32
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2682322