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关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性   格子Boltzmann方法   非混相不可压缩流体   雷诺数   阿特伍德数   初始扰动   表面张力  

摘要： 瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,RT)不稳定性作为流体不稳定性的一种,广泛的存在于自然科学以及工程实际中。本文采用基于相场理论的格子Boltzmann模型对细长通道内的多模RT不稳定性进行了数值模拟。首先研究了在较小Atwood数情况下,雷诺数对不混相不可压缩流体的多模RT不稳定性的混合界面演化以及气泡与尖钉的振幅、速度、演化后期加速度系数的影响,结果表明在中高雷诺数时,多模RT不稳定性的演化分为指数增长阶段、非线性阶段和湍流混合阶段。在第三个阶段,RT不稳定性在演化后期诱导界面发生了剧烈的拓扑变化,进而界面发生破裂且混合界面中出现了大量的离散液滴,此时的不稳定性发展到了湍流混合阶段。本文也统计了演化后期的气泡与尖钉的加速度系数,能够得到在演化的后期混合层确实会存在着二次增长,并且气泡与尖钉的加速度系数值分别稳定在0.022和0.025。而在低雷诺数时,RT不稳定性的多模扰动先发生合并形成单一模态,随后相界面动力学行为与单模RT不稳定性情形相类似,表现为重流体和轻流体相互渗透的层流状态。此外,本文还研究了在高雷诺数(Re=10000)时阿特伍德数、界面处初始扰动的放大系数与波长以及表面张力对于多模RT不稳定性演化的影响。数值模拟结果表明,Atwood数对多模RT不稳定性有着显著影响,随着Atwood数的增大,尖钉与气泡的演化越来越不对称,并且尖钉的振幅以及加速度迅速增大,然而气泡的加速度系数基本维持在0.025±0.005,这个趋势与前人实验结果相吻合,并且在不同Atwood数下气泡与尖钉的加速度系数满足实验所测得的量化关系。对于初始扰动的影响,数值结果显示,初始扰动的放大系数和波长的增大对不稳定性的发展能起到一定的促进作用,但是对演化后期的混合层二次增长(演化后期加速度系数来描述)几乎没有影响,表现为失去了对初始条件的记忆的自相似性。对于表面张力,增大表面张力会使得相界面中的离散液滴数目更少,界面混乱程度更低。另外,表面张力对于演化后期的增长大体上表现为先促进后抑制的趋势。

关键词： 饱和流体   对应态模型   热导率   表面张力   汽化焓   气液共存密度差   制冷剂   羧酸   硅烷  

摘要： 流体的物理性质对于许多产品的设计、工艺的设计和工业设备的设计等至关重要。即使是理论物理学家也需要将理论计算结果与物理性质的测量值进行比较。尽管有许多手册和期刊专门用于汇编和审查物理性质数据,并且已经收集了很多流体的物理性质数据,但是对于科学和工业中感兴趣的成千上万种化合物来说,所有需要的实验数据都被测量出来是不可想象的。因此,工程师需要知道一些流体物理性质数值时,可能既没有实验数据,也无法从现有理论中计算出来。通过新的实验可以测量出所需要的物理性质数据,但是测量数据往往费用昂贵并且耗时较长,因此这通常是不太切合实际的。在许多工程应用中,工程师通常只需要对某些物理量的数值进行近似估计。这种情况下,与复杂的、可能更精确的估计方法相比,只需要很少或者不需要输入数据的简单估计方法通常更可取。因此,各种类型的模型被提出来用以估计和预测各种物理性质的数值,这些模型在实际的工农业生产中具有重要的应用价值。本文根据对应态原理,通过定义无量纲的约化变量,研究了饱和液体的热导率预测模型、表面张力预测模型和汽化焓预测模型,以及气液共存密度差的预测模型,并且发展了一种可以适用于以上4种物理性质的约化方法。主要研究内容和结果如下:1.通过定义无量纲的约化温度和约化热导率,验证了对应态原理对于饱和液体热导率是成立的。利用REFPROP数据库中10种制冷剂的热导率数据建立了可用于23种制冷剂和1 1种正构烷烃液体热导率的对应态模型,对于每种液体,该模型需要三相点温度Ttr和临界温度Tc,以及Ttr和0.90Tc处的热导率数据作为输入,然后将其用于预测其他13种制冷剂和11种正构烷烃的热导率数据。结果表明,在Ttr至0.90Tc温度范围内,该模型能够比较准确地再现和预测23制冷剂和11种正构烷烃液体的热导率数据,在34种饱和液体中,21种液体的平均绝对误差(average absolute deviation,AAD)值小于2%,所有34种液体的AAD值均小于5%。2.将用于研究制冷剂和正构烷烃热导率模型的约化温度和约化热导率公式进行修改后,用于研究DIPPR数据库中29种羧酸液体的表面张力对应态模型。利用其中14种羧酸的表面张力数据,为羧酸的表面张力建立了对应态模型,对于每种羧酸,该模型只需要2个温度和对应的2个表面张力数据作为输入,然后将其用于预测其他15种羧酸的表面张力数据。结果表明,该模型可以适用于各个不同的羧酸亚族,可以高精度地再现和预测DIPPR数据库中29种羧酸的表面张力数据,其中14种羧酸的AAD值小于1%,20种羧酸的AAD值小于2%,所有29种羧酸的AAD值均小于5%。3.将用于研究羧酸表面张力模型的约化温度、约化表面张力以及约化距离公式进行改进后,提出了一个可用于计算36种硅烷液体表面张力的对应态模型。对于每种硅烷,该模型只需要DIPPR数据库中存在表面张力数据的最低温度及其对应的表面张力值和临界温度作为输入。根据DIPPR数据库中5种硅烷的表面张力数据确定该模型的两个可调参数,然后将该模型用于预测其他31种硅烷的表面张力数据。结果表明,36种硅烷的AAD值均小于12%,其中33种硅烷的AAD值小于5%。通过与文献中已有的5个对应态模型的AAD值相比较(其中有一个模型也是专门为硅烷表面张力设计的),发现新提出的模型比已有的5个对应态模型更准确。4.对用于研究硅烷表面张力模型的约化温度公式进行改进后,用于研究DIPPR数据库中36种硅烷、81种制冷剂和29种羧酸液体的表面张力模型。建立了一个不需要参考流体,只包含一个指数项的简单对应态模型。根据数据库中全部液体的表面张力数据确定该模型的两个可调参数。对于每种液体,该模型只需要DIPPR数据库中表面张力数据的最大值及其对应的最低温度和临界温度作为输入。结果表明,36种硅烷的平均AAD值为2.75%,29种羧酸的平均AAD值为2.42%,81种制冷剂的平均AAD值为3.32%,所有146种液体的平均AAD值为3.00%。其中99种液体的AAD值小于3%。5.根据用于研究热导率模型的约化温度和约化热导率定义式以及用于研究表面张力模型的约化温度和约化表面张力的定义式,总结出了一种具有普适性的约化方法,将该约化方法用于研究硅烷液体汽化焓与温度的关系。利用DIPPR数据库中7种硅烷液体的汽化焓数据,为硅烷的汽化焓建立了对应态模型,该模型仅包含两个可调参数。对于每种硅烷,该模型只需要该数据库中汽化焓数据的最大值及其对应的最低温度和临界温度作为输入。然后将该模型用于预测其他29种硅烷液体的汽化焓数据。结果表明,在36种硅烷中,其中8种硅烷的AAD值小于1%,30种硅烷的AAD值小于5%,35种硅烷的AAD值小于10%。此外,还利用未包括在DIPPR数据库中的9种硅烷的汽化焓数据,测试了该模型的预测能力,结

关键词： 政府支出   债务-通缩循环   资本流动突然停止   资本账户子项目  

摘要： 财政政策的跨周期和逆周期调节作用对政府调控经济波动具有重要意义,尤其在国际资本大幅流动的今天,极端国际资本流动事件发生越来越频繁。2008年美国发生金融危机,为了应对危机,许多发达国家通过量化宽松政策给市场带来了巨大流动性。有些学者首先关注到以总流量分析国际资本流动的重要性,因为以往以净资本流动定义极端资本流动事件的方法随着跨境资本的流动和波动增加,不能很好的反映资本流动的方向。本文关注发生资本流动危机期间政府支出是否能比正常时期更有效地调节经济,实证分析了政府支出的冲击效应对全样本的线性估计,并比较了危机时期和正常时期的非线性影响,拓展了相关研究。本文首先基于已有研究,利用抵押品约束建立的两部门小型开放经济体对资本流动突然停止期间的政府支出乘数效应作理论分析,接着分析极端国际资本流动与我国财政政策实践现状。最后基于51个经济体1985年q1-2020年q3的跨国面板数据,从总资本流动及其子分类流动(直接投资、股权投资、债权投资、银行/其他投资)五个层面实证估计了政府支出冲击的非线性影响,并比较了突然停止时期和正常时期的政府支出冲击的乘数效应。具体地,运用两阶段实证估计模型探讨了政府支出冲击的非线性影响,其中,第一阶段利用四变量SVAR模型提取了政府支出冲击,第二阶段使用了局部投影法估计了政府支出冲击对宏观变量的非线性影响。本文主要结论有:(1)总资本流入突然停止期间政府支出冲击的乘数效应比正常时期更大,表现为刺激了消费、投资和产出,以及实际汇率升值,但也扩大了贸易赤字。(2)银行/其他资本流动突然停止危机期间政府支出冲击的经济效应与总资本流动类似,与正常时期的乘数效应也存在显著差异。(3)撤回事件时期与突然停止时期政府支出冲击的效应具有相似影响趋势,对调节经济具有正向影响。(4)浮动汇率制度下发生资本流动突然停止时,政府支出冲击的乘数效应对经济的推动作用比固定汇率制度更大。本文为我国政策制定者有三点建议:一是建立极端资本流动预警和应对机制,预防资本流动突然停止对宏观经济的冲击;二是利用资本流动突然停止期间政府支出冲击更大的乘数效应,发挥财政政策的跨周期和逆周期调节作用,推动有效市场和有为政府更好结合。第三,细分政府支出效应在不同维度的资本流动突然停止危机,尤其出现银行/其他资本流动突然停止危机,应积极运用财政政策调节经济。

关键词： 测井   储层识别   特征融合   知识蒸馏   集成学习  

摘要： 油气储层识别是石油勘测和开发业务中核心的任务之一。长期以来,油气行业一直依靠专家人工分析海量测井数据以定性分析地下致密砂岩储层。这种方式极度依赖专家经验,同时试气成本高昂。近些年来,随着以深度学习为代表的人工智能技术的迅速发展,智能致密砂岩储层识别技术成为学术界和工业界共同关注的新方向,并逐渐得到认可和应用。然而,将该技术应用于勘探开发过程中,还存在以下问题:一是特征表达不充分。常规机器学习方法无法充分挖掘特征的高维表达,判别储层性质的能力较弱;二是致密砂岩储层流体多种类别界限不清晰,加之测井数据样本较少,识别难度大,使用单一机器学习模型的表达能力有限,不能有效地解释复杂多变的致密砂岩流体情况。为解决上述问题,本文以鄂尔多斯盆地青石峁高沙窝地区致密砂岩储层为研究对象,具体工作如下:1、使用深度残差网络提取高维非线性测井特征。该方法以11条储层测井曲线为特征,储层试气结果为标签,进行了数据集的划分及数据预处理。为了模拟传感器在不同地质条件下、敏感度变化以及处于不同地质深度的情形,本文通过对原测井储层进行平移、随机删除数据、数据重采样以及噪声注入等方法扩充测井储层的数量,从131层储层扩充到655层。为提取高维非线性测井特征,将测井数据输入深度残差网络。使用tSNE评估特征提取效果。2、使用Bi-LSTM网络提取深度相关性特征并与高维非线性测井特征融合。为提取储层间不同深度的相关性,将测井数据输入到Bi-LSTM网络。将提取到的特征进行一维向量拼接,实现了高维非线性特征与储层深度相关性特征的融合,通过DNN后用Softmax激活函数进行输出,得到标签向量,即最终的识别结果。对同一研究区域内的测试集的测试结果表明:提出的方法的预测精度为89.1%,高于其他对比算法。通过实际测试例,验证了模型输出结果与试气结果的一致性,证明了模型的有效性。3、基于知识蒸馏的小样本集成模型。该方法以增强前的131层储层作为数据集,首先将训练数据输入XGBoost、随机森林和SVM这三个学习器中,以一定的组合策略计算输出结果,将三者组合的模型作为教师模型。以DNN作为学生模型,将教师模型的输出以蒸馏损失函数的形式融入学生模型。温度参数T对教师模型的输出进行缩放,为探究最佳的温度参数,设置0.1-1的区间进行多次实验。在两种数据规模下(增强数据集与小样本数据集)对本文提出的模型进行测试,测试结果表明:在小样本数据集中,基于知识蒸馏的小样本集成模型在精度上的表现较深度学习的方法提高了11%。

关键词： 陆相页岩   自流井组   赋存状态   孔隙结构   吸附能力  

摘要： 我国陆相页岩储层非均质性强,微纳米孔缝发育,页岩流体赋存空间及赋存状态多样。明确页岩流体赋存形式及含量特征,厘清页岩流体赋存状态分布特征,有利于揭示陆相页岩气富集机理、完善页岩储层评价体系。本研究采集川东北自流井组陆相页岩开展实验分析,通过有机碳含量(TOC)、显微组分分析、X-衍射组分分析、接触角、自发渗吸等实验明确页岩有机地化和润湿性,通过场发射扫描电镜、氮气吸附、高压压汞等技术定性定量表征页岩储层赋存空间特征,通过水平衡实验、甲烷等温吸附查明页岩流体吸附特征,并阐明研究区页岩流体赋存特征及其影响因素。研究结果表明:(1)研究区页岩样品水蒸气吸附主要分为三个阶段:单层吸附阶段:相对湿度(RH)较低(RH<20%),页岩粘土矿物对水分子吸附起重要作用,水分子主要吸附在粘土矿物层间孔缝中;多层吸附阶段:随相对湿度增加(20%

关键词： 彩虹折射技术   液滴瞬态蒸发   表面张力   液滴流   声悬浮液滴  

摘要： 液滴蒸发过程广泛存在于工业应用和自然科学研究中。在以液体燃料作为推进剂的发动机中,掌握液滴蒸发过程的物理规律,对发动机的优化设计与高效运行至关重要,而对液滴蒸发过程特性参数的测试表征则是评估喷雾燃烧组织质量的关键手段。本文在彩虹折射法测量液滴粒径、温度和蒸发速率的基础上,进一步提出了液滴表面张力、粘度的测量方法,并结合粒子干涉成像、高速显微阴影成像及粒子测速技术,对不同环境下蒸发液滴多参数进行了原位测量,获得了多因素对液滴蒸发传热传质的影响规律。首先,通过对液滴振荡过程中彩虹信号变化规律的研究,将彩虹折射技术拓展到了液滴表面张力和粘度的高精度原位测量。采用矢量光线追踪模型和复角动量理论对椭球液滴彩虹信号进行模拟,获得液滴变形幅值与彩虹信号偏移和变形之间的定量关系;构建时间分辨的彩虹系统配置,以跟踪周期性振荡液滴的彩虹信号时间演化;分别通过振荡频率及振幅衰减时间对液滴的表面张力和粘度进行表征。将该方法应用于水、乙醇、正庚烷和正癸烷液滴,结果显示表面张力测量的平均误差小于5%,粘度测量平均误差小于9%。相比于直接成像法仅能对较大变形液滴进行观测的局限,该技术可以量化液滴小于1%的变形幅值,并且在不使用高速成像设备的情况下,时间分辨率便可达0.1 ms,能够记录和检测液滴10 k Hz级的振荡。其次,对在高温高压下蒸发的液滴流进行了多参数原位测量,获得了压力、温度、液滴间距等对液滴蒸发的耦合影响规律。设计并搭建了高温高压实验平台,实现了压力高达1.0 MPa、温度700 K的液滴流蒸发环境;基于本研究提出的表面张力测量方法和液体表面张力-温度的定量关系式,获得了不同环境温度下液滴的表面温度;利用相位彩虹折射法测量了10 ms时间范围内,不同环境温度、压力及液滴间距下,乙醇液滴流蒸发过程的温度变化和瞬态蒸发速率。根据实验结果计算液滴蒸发过程的努塞尔数和舍伍德数,并将其分别与单液滴情况下的理论值进行对比,量化归纳了传热和传质的相互作用修正因子和影响规律。实验结果表明,无论在何种情况下,液滴间相互作用都会显著降低液滴的蒸发速率。并且,存在一个环境温度阈值,在本文中约为600 K,当温度低于该值时,环境压力的升高会增强液滴之间的相互作用,使蒸发速率进一步减小;反之,环境压力则会略微减弱液滴的相互作用。最后,综合采用彩虹折射法、阴影法和粒子测速成像技术,对声悬浮液滴蒸发过程中液滴相变与表面气相流场进行表征,分析了液滴初始粒径、饱和蒸气压及声压级对液滴蒸发的影响。对于乙醇液滴,研究发现其表面涡流厚度约为500μm,远大于理论预测的10～20μm,这表明蒸发所产生的初始Stefan流可能会通过扩大内部涡流的尺寸来影响声学边界层的厚度;此外,液滴表面Stefan流与声压阻力间的竞争决定了蒸汽在液滴表面的富集程度,从而影响了液滴的蒸发历程。随后,通过在声谐振腔内两个连续的压力节点同时悬浮液滴的方式,研究液滴间相互作用对其蒸发及外部流场的影响,发现液滴间的相互作用影响与其所处声压场中的位置有关:更靠近波腹的液滴类似于空间运动中处于下游的液滴,其蒸发所产生的尾迹会导致后侧液滴附近蒸汽梯度下降,蒸发速率显著减小,由此阐释了悬浮液滴界面上的流体力学行为与其相变过程的物理相关性。综上所述,本文发展了一种基于彩虹折射法的液滴多参数原位测量技术,获得了高温高压环境和声悬浮作用下液滴蒸发的实验数据,揭示了环境参数、液相参数和液滴表面的流体动力学行为对液滴蒸发的耦合影响规律,研究结果有助于对复杂环境下液滴相变过程的理解,并为优化实际应用中的蒸发过程提供重要依据。