無網格研究傳質的方法

Ⅰ 趙光明的論文著作

[1] 趙光明.無單元法理論與應用.合肥:中國科學技術大學出版社,2009 年.
[2] 肖新標,趙光明.ANSYS 7.0 實例分析與應用.北京:清華大學出版社,2004 年.
[3] 葉裕明,趙光明.ANSYS 土木工程應用教程.北京:中國水利水電出版社,2005 年,2007 年.
[4] 李鐵鋒,趙光明.C 語言程序設計.上海:華東理工大學出版社,2006 年.
[5] 趙光明,宋順成.無網格方法在二維彈性力學計算中的應用.西南交通大學學報,2004,39(4):476-480.（EI 收錄）
[6] 趙光明,宋順成. 無網格伽遼金法與有限元耦合新演算法.應用數學和力學,2005,26(8):899 -904.(SCI,EI 收錄)
[7] 趙光明,宋順成.基於增量本構關系彈塑性分析的無網格伽遼金法.中國礦業大學學 報,2005,34(4):509-513.（EI 收錄）
[8] 趙光明, 宋順成. 利用無網格伽遼金法分析材料穩態蠕變問題. 力學季 刊,2005,26(1):163-168.
[9] 趙光明,宋順成.無網格本質邊界條件實現方法的研究進展.科技通報,2005,21(6):644-650.
[10] 趙光明,宋順成.幾何非線性問題中的無網格伽遼金法.計算力學學報,2006,22(3):361-365.EI 收錄）
[11] 趙光明,宋順成.分析圓柱形彈體Taylor 撞擊的方法研究. 爆炸與沖擊,2006,26(6):498-504.EI 收錄）
[12] 趙光明, 宋順成. 軸對稱幾何非線性問題中的無網格演算法. 遼寧工程技術大學學 報,2006,25(5):714-716.（EI 收錄）
[13] 趙光明,宋順成.無網格方法在動力學中的應用.重慶大學學報,2006,29(4):54-57.
[14] 趙光明,宋順成.非線性問題的再生核質點法.蘭州大學學報,2006,42(5):85-89.
[15] 趙光明,宋順成.高速沖擊過程數值分析的再生核質點法.力學學報,2007,39(1):63-69.（EI 收錄）
[16] 趙光明,宋順成.彈塑性大應變雙重非線性問題分析的再生核質點法研究.塑性工程學 報,2007,14(1):124-128.（EI 收錄）
[17] 趙光明, 宋順成. 沖擊動力過程的無網格數值分析方法研究. 西南交通大學學 報,2007,42(2):223-228.（EI 收錄）
[18] 趙光明, 宋順成. 再生核質點法在非線性沖擊動力學中的應用. 江蘇大學學 報,2007,28(3):262-265.（EI 收錄）
[19] 趙光明,宋順成,孟祥瑞.基於Yeoh 本構關系橡膠超彈性材料的無網格法分析.應用基礎與工程科學學 報,2009,17(1):121-127.（EI 收錄）
[20] 趙光明,孫向陽,孟祥瑞.考慮軟岩線性硬化、軟化和殘余強度的圓形巷道圍岩分析理論研究,中國煤炭學會編.第四屆全國煤炭工業生產一線青年技術創新文集383-390.
[21] 趙光明,宋順成.金屬彈體侵徹混凝土的再生核質點法研究.兵工學報,2009,30(s2) :188-193.（EI收錄）
[22] 趙光明,宋順成.非線性侵徹動力過程數值分析的新方法研究.爆炸與沖擊,2010,30(4):355-360.（EI收錄）
[23] Zhao Guangming,Meng Xiangrui. Meshless Method for Analyzing Roadway Surrounding Rock based on Elastic-plastic Strain-Softening Model//The 2nd International Conference on Mine Hazards Prevention and Control.Qing,China,2010:772-779.（EI、ISTP收錄）
[24] 潘陽,趙光明,孟祥瑞.非均勻應力場下巷道圍岩彈塑性分析.煤炭學報,2011,36(s1):53~58.（EI收錄）
[25] 趙光明,孟祥瑞.深井軟岩的動態壓縮力學性能研究.兵工學報,2011,32(s2):330-336. （EI收錄）
[26] Zhao Guangming,Meng Xiangrui.Research on automatic detection technology for coal seam floor failure features. Key Engineering Materials,2011,467-469:1870-1875.（EI收錄）
[27] Zhao Guangming , Meng Xiangrui. Experimental analysis of dynamic yield strength of material and research on its numerical method. Advanced Materials Research,2011,214:45-49.（EI收錄）
[28] Zhao Guangming , Meng Xiangrui. Research on analysis of Taylor impact test for material dynamic mechanical properties.ACTA ARMAMENTARII,2011,32(s2):360-365.（EI收錄）
[29] 趙光明,謝理想,孟祥瑞.軟岩的動態力學本構模型.爆炸與沖擊,2013,33(2):126-132. （EI收錄）
[30] 謝理想,趙光明,孟祥瑞.岩石在沖擊載荷下的過應力本構模型.岩石力學與工程學報,2013,32(s1):2772-2781. （EI收錄）
[31] 謝理想,趙光明,孟祥瑞.軟岩及混凝土材料損傷型黏彈性動態本構模型研究.岩石力學與工程學報,2013,32(4):857-864. （EI收錄）
[32] 張小波,趙光明,孟祥瑞.基於Drucker-Prager屈服准則的圓形巷道圍岩彈塑性分析.煤炭學報,2013, 38(s1) :30-37（EI收錄）
[33] 張小波,趙光明,孟祥瑞.考慮峰後應變軟化與擴容的圓形巷道圍岩彈塑性D-P准則解.采礦與安全工程學報，2013,30(6):903-910 （EI收錄）

Ⅱ 陶文銓的主要成就

陶文銓教授作為國際數值傳熱學知名專家，長期從事傳熱學及其數值模擬方法與工程應用的教學與研究，推動與促進了我國計算傳熱學科的形成與發展；提出了分析對流項離散格式穩定性的符號不變原理與處理不規則區域的組合網格思想，提出了絕對穩定的對流項離散新格式和處理不可壓縮流場速度與壓力耦合關系的全隱演算法，提高了計算精度和收斂速度；在強化傳熱方面，提出與研製了多項高效強化傳熱新技術 。
在強化傳熱方面，提出與研製了多項高效強化傳熱新技術，研究了基本理論與工程應用、電子元器件的冷卻技術、湍流模型及其工程應用、高效換熱器的優化設計與研發、微細尺度流動和傳熱的研究、多尺度系統/過程建模 。
在數值計算方面，陶文銓提出了分析對流項離散格式穩定性的符號不變原理與處理不規則區域的組合網格思想；提出了絕對穩定的對流項離散新格式和處理不可壓縮流場速度與壓力耦合關系的全隱演算法，提高了計算精度和收斂速度 。 陶文銓所創建的西安交通大學傳熱與流動數值模擬研究團隊在國際上有一定影響 。團隊中青年學者茁壯成長，2人獲得全國優秀博士論文獎，1人獲得國家傑出青年科學基金，1人為國家級教學名師，3人為教育部新世紀優秀人才。陶文銓已經培養研究生83人，其中39人獲博士學位，46人獲碩士學位。
據中國科學技術信息研究所、國家工程技術數字研究館信息、全國圖書館參考咨詢聯盟：1988年至2012年期間，陶文銓培養學生情況如下 ： 畢業時間論文題目作者指導老師學位類別2012《強化製冷工質相變換熱以及管殼式水冷冷凝器的實驗和應用研究》冀文濤陶文銓博士2011《用於電子器件冷卻的脈管製冷機與微通道熱沉的研究》鞏亮陶文銓博士2011《介觀格子Boltzmann方法與宏觀/微觀方法耦合模擬多尺度熱流科學問題》欒輝寶陶文銓博士2011《強化氣體換熱技術及強化技術性能評價圖研究》樊菊芳陶文銓博士2010《受浮升力影響的湍流對流換熱的直接數值模擬研究》陽祥陶文銓博士2010《基於VOSET方法的二維水平膜態沸騰研究》郭東之陶文銓碩士2010《質子交換膜燃料電池局部電流和局部電位實驗研究》樊進宣陶文銓碩士2009《R134a水平管外沸騰和凝結傳熱的實驗研究及理論預測》馮楠陶文銓碩士2009《汽車駕駛室熱環境數值模擬與汽車乘客熱舒適度評價》王甜甜陶文銓碩士2009《低階模型在玻璃厚度的實時控制及傳熱反問題求解中的應用》丁鵬陶文銓博士2009《質子交換膜燃料電池的局部電流分布特性實驗與數值研究》於樂陶文銓碩士2009《格子Boltzmann 方法對湍流問題的模擬及其在多尺度分析中的應用》徐輝陶文銓博士2009《惡劣熱環境下無線通信設備散熱系統的改進及優化設計》劉召軍陶文銓碩士2009《壁面附近流體凝結特性的分子動力學研究》陳鵬飛陶文銓碩士2009《螺旋折流板換熱器殼側傳熱與阻力特性及換熱器熱力設計方法的研究和軟體開發》張劍飛陶文銓博士2009《氣泡運動行為的研究及其在蒸發器液滴夾帶計算中的應用》林再江陶文銓碩士2009《鎳基滲層螺旋翅片管省煤器氣側積灰、流動與經濟性研究》史月濤陶文銓博士2008《跨臨界二氧化碳製冷空調循環及其平片、開縫片換熱器實驗、數值研究》吳志根陶文銓博士2008《低Ma可壓縮對流換熱的數模方法及在翅片開發中的應用》皮秀平陶文銓碩士2008《平行流冷凝器性能的實驗研究及數值模擬》孫瑋陶文銓碩士2008《食品冷藏陳列櫃強化傳熱及節能技術研究》呂彥力陶文銓博士2008《微細通道內流動與換熱特性的理論研究及實際應用》李卓陶文銓博士2008《提高建築物圍護結構保溫性能的數值與實驗研究》李臨平陶文銓博士2008《質子交換膜燃料電池的局部電流分布以及動態響應研究》衛星陶文銓碩士2008《氟利昂替代製冷劑在水平管外相變換熱強化的實驗研究》冀文濤陶文銓碩士2007《波紋管內部的換熱強化及外部繞流減阻的數值模擬》王小佳陶文銓碩士2007《製冷劑在雙側強化管外凝結和沸騰換熱的實驗研究及數值模擬》張定才陶文銓博士2007《先進流動與傳熱數值計算體系的構建》金巍巍陶文銓博士2007《計算機CPU晶元等電子器件冷卻散熱器的數值模擬和實驗研究》謝旭良陶文銓博士2007《強化空氣及油類換熱設備傳熱的數值模擬與實驗研究》李斌陶文銓博士2007《矩形截面通道內強化對流換熱機理的研究及湍流換熱的高級數值模擬》馬良棟陶文銓博士2007《弓形與螺旋折流板管殼式換熱器的實驗研究》陶文銓碩士2007《質子交換膜燃料電池性能優化的數值模擬及實驗研究》閔春華陶文銓博士2006《直接模擬蒙特卡羅法在微尺度氣體流動與換熱中的應用》王裕峰陶文銓碩士2006《格子-Blotzmann方法及其在血液流動研究和非牛頓流體數值模擬中的應用》呂嘉喜陶文銓碩士2006《燃料電池工作角度和反應氣流量的影響及小型電池堆的研製》姜煒陶文銓碩士2005《緊湊式換熱器表面的強化換熱節能機理及其優化研究》周俊傑陶文銓博士2005《湍流的直接模擬及微尺度流動和換熱研究》李光熙陶文銓博士2005《螺旋折流板管殼式換熱器和平行流冷凝器的數值模擬》吳揚陶文銓碩士2005《電子器件散熱器自然對流換熱的實驗研究及三維數值模擬》高健陶文銓碩士2005《質子交換膜燃料電池性能的實驗研究和數值模擬》劉訓良陶文銓博士2005《光管與翅片管管殼式換熱器的三維數值模擬》李欣陶文銓碩士2005《脈管製冷機三維數值模擬計算及混合工質應用的試驗研究》丁文靜陶文銓博士2005《流動傳熱問題先進演算法及其在強化空氣對流傳熱應用中的研究》屈治國陶文銓博士2005《具有運動邊界通道內流動與換熱問題的大渦模擬》石磊陶文銓碩士2004《電腦CPU散熱器的實驗研究及數值模擬》陸正裕陶文銓碩士2004《用直接模擬蒙特卡羅法計算微通道中的流動與換熱》周靖陶文銓碩士2004《波紋管內流動和換熱規律的實驗研究及數值模擬》曾敏陶文銓博士2004《開縫翅片換熱表面流動與傳熱特性的數值模擬和實驗研究》程永攀陶文銓碩士2004《格子-Boltzmann方法及其在微通道和多孔介質流動模擬中的應用》伍華榮陶文銓碩士2004《微尺度氣體流動與換熱特性研究及格子-Boltzmann方法分析》唐桂華陶文銓博士2003《具有運動邊界的流動與換熱問題的數值及實驗研究》張東升陶文銓博士2003《換熱器殼側流動與換熱的數值模擬及實驗研究》鄧斌陶文銓博士2002《翅片管換熱表面傳熱特性的數值研究及場協同原理分析》宋富強陶文銓碩士1993《水平放置環狀扇形通道內的對流換熱》呂樹申陶文銓碩士2001《旋轉通道內的湍流流動與換熱的研究》李增耀陶文銓博士2001《非結構化網格的生成及其在多孔介質相變傳熱數值模擬中的應用》徐明海陶文銓博士2001《格子-Boltzmann方法及其在常規與微尺度對流換熱模擬中的應用》李明秀陶文銓碩士2001《螺旋折流板換熱器傳與阻力性能的實驗研究》王良陶文銓碩士2001《管殼式換熱器殼側流場與溫度場的三維數值模擬》胡延東陶文銓碩士2000《R407C非共沸混合工質在水平單館外凝結換熱的研究》成昌銳陶文銓博士2000《三維復雜區域內湍流流動的實驗及數值研究》聶建虎陶文銓博士2000《R407C非共沸混合工質在水平單管外凝結換熱的研究》成昌銳陶文銓碩士2000《周期性通道內非牛頓流體的流動與換熱實驗與數值研究》楊小玉陶文銓碩士1998《內翅片管中的對流換熱及非結構化網格中有限容積法的研究》宇波陶文銓博士1997《R134a及R32/R134a水平管內流動凝結與沸騰換熱的研究》陳民陶文銓博士1995《低沸點工質在水平管內的強迫流動凝結換熱》李沛文陶文銓博士1997《用於燃氣輪機葉片內冷的新型強化方法及沖擊冷卻的研究》苑中顯陶文銓博士1997《壁面帶有離散突起散熱塊的豎直通道中的自然對流換熱》魏建國陶文銓博士1997《現代差分格式的發展及離心壓縮機內部紊流場的數值模擬》倪明玖陶文銓博士1996《復雜截面及扭轉通道中紊流流動與換熱的實驗與數值研究》王良璧陶文銓博士1996《封閉空腔內孤立物體自然對流穩定性及分歧現象研究》劉繼平陶文銓博士1996《轉彎通道及旋轉盤腔內的紊流流動與換熱研究》趙長穎陶文銓博士1996《傾斜封閉立方腔內多塊孤立平板的自然對流換熱》王秋旺陶文銓博士/《汽液界面特性和水的密度極值的分子動力學研究》熊建銀陶文銓碩士/《管翅式換熱器空氣側流動與換熱的數值模擬》張超超陶文銓碩士/《高壓推力室流動與傳熱特性及液膜冷卻的數值模擬研究》張宏偉陶文銓博士1992《R152a飽和蒸氣在四種水平單管外凝結換熱的研究》程斌陶文銓碩士1991《封閉腔內孤立物體的自然對流換熱》楊茉陶文銓博士1991《射流對矩形空腔沖擊的傳熱傳質特性研究》李沛文陶文銓碩士1990《流體橫掠非均長傾斜板簇的換熱及阻力特性的試驗研究》黃輝章陶文銓碩士1990《多孔結構中對流傳質規律與阻力特性的實驗研究及流動的數值分析》劉保民陶文銓碩士 專著作品
陶文銓出版專著與教材13部。其中專著《數值傳熱學》已經被國內外期刊論文引用六千餘次 。 出版時間圖書名稱作者出版社1981《傳熱學基礎》陶文銓主編電力工業出版社1988《數值傳熱學》陶文銓編著西安交通大學出版社1991《計算流體力學與傳熱學》陶文銓編著中國建築工業出版社1995《傳熱學的研究與進展 楊世銘教授從教50周年暨70壽辰紀念文集》陶文銓等編高等教育出版社1998《傳熱學》楊世銘，陶文銓編著高等教育出版社1999《陳學俊院士從事教育科技六十周年暨八十華誕紀念冊》陶文銓主編2000-6-1 《計算傳熱學的近代進展》 陶文銓 科學出版社 2001-5-1 《數值傳熱學(第2版)》 陶文銓 西安交通大學出版社 2001-7-1 《工程熱力學——教育部高等教育面向21世紀課程教材》 陶文銓，李永堂 武漢理工大學出版社 2005《對流換熱及其強化的理論與實驗研究最新進展》陶文銓，何雅玲等編著高等教育出版社2006-12-1 《傳熱學》 陶文銓 西北工業大學出版社 2006-8-1 《傳熱學第四版》 楊世銘，陶文銓 高等教育出版社 2009-1-1 《傳熱與流動問題的多尺度數值模擬：方法與應用》 陶文銓 科學出版社 期刊論文
截止2014年，陶文銓發表科研論文400餘篇：國際雜志140篇，國際會議80餘篇，國內重要期刊物近200篇。根據萬方資料庫檢索的部分論文如下： 發表時間論文名稱作者期刊名稱2002/8/31Field synergy principle for enhancing convective heat transfer––its extension and numerical verificationsWen-Quan Tao, Zeng-Yuan Guo, Bu-Xuan WangInternational Journal of Heat and Mass Transfer2002/11/30A unified analysis on enhancing single phase convective heat transfer with field synergy principleWQ Tao, YL He, QW Wang, ZG Qu, FQ SongInternational Journal of Heat and Mass Transfer1983/11/1Enhanced heat transfer in a flat rectangular ct with streamwise-periodic disturbances at one principal wallEM Sparrow, WQ TaoJournal of heat transfer2006/9/29Parameter sensitivity examination and discussion of PEM fuel cell simulation model validation: Part I. Current status of modeling research and model developmentWQ Tao, CH Min, XL Liu, YL He, BH Yin, W JiangJournal of power sources2004/1/1A novel segregated algorithm for incompressible fluid flow and heat transfer problems—Clear (coupled and linked equations algorithm revised) part I: Mathematical formulation and solution procereWQ Tao, ZG Qu, YL HeNumerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals1984/11/30Symmetric vs asymmetric periodic disturbances at the walls of a heated flow passageInternational journal of heat and mass transferEM Sparrow, WQ Tao2009/1/1Recent advances in multiscale simulations of heat transfer and fluid flow problemsWen-Quan Tao, Ya-Ling HeProgress in Computational Fluid Dynamics, an International Journal1987/4/1The transportive property and convective numerical stability of the steady-state convection-diffusioWQ Tao, EM SparrowNumerical Heat Transfer, Part A Applications2002/11場協同原理在強化換熱與脈管製冷機性能改進中的應用 (上)陶文銓， 何雅玲西安交通大學學報2010/2/15無網格數值求解方法陶文銓， 吳學紅， 戴艷俊中國電機工程學報1982/1/1Buoyancy-driven fluid flow and heat transfer in a pair of interacting vertical parallel channelsEM Sparrow, WQ TaoNumerical Heat Transfer, Part A Applications2007/11/13D numerical simulation on fluid flow and heat transfer characteristics in multistage heat exchangerWQ Tao, YP Cheng, Tzyy Sheng LeeHeat and Mass Transfer1983/1/31Heat transfer at an array of co-planar slat-like surfaces oriented normal to a forced convection floEM Sparrow, WQ Tao, DD RadtkeInternational Journal of Heat and Mass Transfer

Ⅲ 想問一下傳遞過程中 三傳（傳質，傳熱，動量傳遞）的實際應用

1、動量傳遞（momentum transfer）流動著的流體與相鄰的流體層或管壁間有相對運動，流速較高、動量較大的流體的動量會向相鄰的低速流體層或壁面的邊界層轉移，稱為動量傳遞。

它直接影響到流體在化工設備中的空間分布或停留時間分布，對分離和反應設備的工作效率和化工設備放大有重要形響。

2、熱量傳遞是一種復雜的現象，常把它分成三種基本方式，即導熱、熱對流及熱輻射。生產和生活中所遇到的熱量傳遞現象往往是這三種基本方式的不同主次的組合。應該指出，熱量傳遞的基本方式雖然只有三種，但與生產和生活的各個領域密切相關的熱量傳遞問題卻是多種多樣的，而且需要在認清其基本規律的基礎上作進一步的探索才能獲得較滿意的結果。

3、物質在介質中因化學勢差的作用發生由化學勢高的部位向化學勢低的部位遷移的過程，與動量傳遞、熱量傳遞並列為三種傳遞過程。質量傳遞可以在一相內進行，也可能在相際進行。化學勢的差異可由濃度、溫度、壓力和外加電場所引起。質量傳遞是一種廣泛存在的現象。

例如，敞口水桶中水向靜止空氣中蒸發，糖塊在水中溶解，煙氣在大氣中擴散，用吸收方法脫除煙氣中的二氧化硫，以及催化反應中反應物向催化劑表面轉移等，都是日常生活中或工程上常見的質量傳遞過程。

在化工生產中，質量傳遞不僅是均相混合物分離的物理基礎，而且也是反應過程中幾種反應物互相接觸以及反應產物分離的主要機理。研究質量傳遞規律，不僅對傳質設備（如板式塔、填充塔等）的設計很重要，而且對反應器的設計，特別在涉及受質量傳遞控制的反應時，也是很重要的。

此外，在環境工程、航天技術以及生物醫葯工程中，質量傳遞都起著重要作用。

(3)無網格研究傳質的方法擴展閱讀

傳遞過程的研究通常按三種不同的尺度進行，即分子尺度、微團尺度和設備尺度。

1、分子尺度上的研究考察分子運動引起的動量、熱量和質量的傳遞。以分子運動論的觀點，藉助統計方法，確立傳遞規律，如牛頓粘性定律(見粘性流體流動)，傅里葉定律（見熱傳導）和斐克定律(見分子擴散)。與分子運動有關的物質的宏觀傳遞特性表示為粘度、熱導率、分子擴散系數等。

2、微團尺度上的研究考察流體微團（由眾多分子組成，尺寸遠小於運動空間，也稱流體質點）運動所造成的動量、熱量和質量的傳遞。

常忽略流體由分子組成內部存在空隙這一事實，而將流體視為連續介質，從而使用連續函數的數學工具，從守恆原理出發，以微分方程的形式建立描述傳遞規律的連續性方程、運動方程、能量方程和對流擴散方程。

當流體作湍流運動時，與流體微團運動有關的傳遞特性表示為渦流粘度、渦流熱擴散系數和渦流擴散系數，但這些傳遞特性與流動狀況、設備結構等有關，不是流體的物性。

3、設備尺度上的研究考察流體在設備中的整體運動（如攪拌過程中，攪拌槳所造成的大尺度環流）所導致的動量、熱量和質量傳遞，以守恆原理為基礎，就一定范圍進行總體衡算，建立有關的代數方程。

設備尺度上的傳遞特性表示為傳熱分系數和傳質分系數，以及有效（或當量）熱導率和有效擴散系數等。這些傳遞特性與流動條件直接有關，同樣也不是物系的物性。

化工中屬於流體動力過程的各種單元操作，如流體輸送、過濾、沉降等，都以動量傳遞為基礎；屬於傳熱過程的，如換熱、蒸發等，都以熱量傳遞為基礎；屬於傳質分離過程的，如吸收、蒸餾、萃取等，都以質量傳遞為基礎。

化學反應工程要研究傳遞特性對化學反應的影響，也是以傳遞過程作為基礎的。從傳遞過程的研究，可以獲知化工設備的有關性能，這對於化工設備的設計、放大及其結構的改進和性能的優化等提供一定的理論依據。

例如掌握熱量傳遞的規律，就能為換熱器的強化找到途徑。多年來，化學工程的迅速發展是與傳遞過程的研究進展分不開的。

參考資料來源：網路-動量傳遞

參考資料來源：網路-熱量傳遞

參考資料來源：網路-質量傳遞

參考資料來源：網路-傳遞過程

Ⅳ 如何用comsol模擬管道流體化學反應

在一個固定床反應器中耦合自由和多孔介質流動，涉及三種氣體，兩種是反應物，一種是產物（A+B->C）。從主管道（B）和注射管（A）注入的物質在固定的多孔介質催化床中反應，得到C，見圖2。模擬通常分五個主要步驟。

1.建立幾何模型
第一步是建立幾何模型，並定義具有不同屬性的區域（「子域」）。反應器（圖2）由一個管結構和一個注射管組成。注意，由於反應器具有對稱性，只需要模擬它的一半，這樣可減少計算量。

向左轉|向右轉

Figure 2: The main user-interface screen show the 3-chamber reactor, and the dialog box on the upper right facilitates the input of physical parameters for the transport balance.
圖2：主用戶界面顯示了3室反應器，右上角的對話框幫助用戶輸入傳質平衡中的
物理參數

很多模擬軟體提供一個CAD編輯器用來繪制和生成幾何結構，此外，也可以按常見格式導入CAD文件，這使得用戶可以利用專門的CAD軟體的來繪制幾何結構，或如果已經存在這樣一個文件，直接導入它。例如COMSOL Multiphysics支持所有的2D和3D的CAD文件格式。更高級的軟體還支持與CAD軟體的在線連接，如COMSOL Multiphysics可以與SolidWorks無縫工作。因此，如果用戶在SolidWorks環境中對幾何結構進行了修改，這些改動會立即反映到COMSOL Multiphysics中，無需用戶干預。

2.物理設定
在COMSOL Multiphysics內建的應用模式中設置每一個子域。在流動場，Navier-Stokes方程描述自由流動區的流體流動，Brinkman方程描述多孔介質區。最後，模型採用對流－擴散方程模擬三種物質的質量守恆。每一種應用模式有自己的材料和邊界條件設定，其中可以設定成常數或任意表達式。

接下來可以處理動量守恆及其邊界條件。在反應器的兩個外部區域沒有多孔介質，控制方程是Navier-Stokes方程，而由Darcy定律擴展的Brinkman只用於多孔催化劑。固體壁上的邊界條件是無滑移邊界條件。然後定義主反應器和注射管中的入口流速及壓力，還必須定義流動類型。在入口邊界上假設是完全發展的層流，不需要定義自由流動和多孔介質流動間的內部邊界上的流速和壓力。

最後需要處理物料守恆及其邊界條件。前一步中軟體計算速度場，然後用這個信息來給出由Convection and Diffusion應用模式計算的物料守恆中的對流項。這個應用模式在自由流動域和多孔介質域有不同的屬性，並將反應速率表達式引入到床中。主入口和注射口入口邊界條件是濃度邊界條件，出口採用對流邊界條件，表示對流控制著反應器出口的物料傳質。這是管式反應器中的常用邊界條件，避免在出口設置一個濃度或通量。

一個關鍵的應用是COMSOL Multiphysics圖形界面的使設置物理屬性（圖2）不再那麼痛苦。當選擇了一個應用模式後，軟體提供對相關物理場優化過的若干方程和對話框。用戶界面列出了控制方程，其參數可以在編輯框中輸入。你可以通過鍵盤根據特別的需求自由地修改方程。

3.網格剖分
當定義好物理場後，接下來就是生成網格，即生成可代表整個系統的上千個三角形或其他形狀（圖3）。軟體選擇了一種預設的網格，也可以自己手動控制劃分網格。例如COMSOL Multiphysics預設採用三角形單元，也提供四邊形、四面體、磚形，以及六面體等，應用於不同的案例。此外，簡單地用一個框選中感興趣的部分，然後在該區域中精細化網格來獲得提高精確性。

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Figure 3: Finite-element mesh for the reactor.
圖3：反應器的有限元網格

4. 選擇和運行求解器
對大部分程序，COMSOL Multiphysics建議預設的求解器，但也可以從靜態和非靜態線性求解器、瞬態求解器、特徵值求解器、參數化線性或非線性求解器，以及自適應求解器中選擇一個。本例選擇瞬態求解器，並定義求解的時間點。還要設置軟體生成解的順序，例如本例軟體首先求解Brinkman和不可壓縮Navier-Stokes方程，然後是對流和擴散方程。本例中反應影響氣體密度，軟體可以同時計算所有的方程。

5. 後處理和圖形化
一個功能強大的軟體可以有多種方法顯示任意結果。除了提供大量的圖和圖表，COMSOL Multiphysics還可以製作動畫，用戶可以通過電影來分析隨時間的變化。靜態地顯示起動相，然後是穩態結果同樣揭示出大量的信息。這個反應器中，首先可以檢查流場分布（圖4a），可見在注射口下較大，而在多孔介質反應床內較小。圖4b說明A的濃度是如何因為反應的消耗及通過擴散而隨著與注射口的距離增大而減小的。

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Figure 4: Results from the simulation: flow velocity in the reactor (a); concentration of material A (b); concentration of material C (c).
圖4：模擬結果：反應器的流速（a）；材料A的濃度（b）；材料C的濃度（c）

然而，C的生成在催化區不是均勻的（圖4c），模擬表明催化劑的利用率不足。圖中顯示了反應不是均勻分散在催化床，注射點離多孔介質床太近，反應物未完全混合，只有一部分床被利用。較好的設計可能包括在注射點後添加一個靜態混合器，或將注射點向上游移，從而通過擴散增加混合效果。
其他可以進行的模擬
這個化工反應的例子只是淺嘗即止，還可以模擬燃料電池堆中的流動的動量守恆，熱交換器中的能量守恆，靜態層流混合器中的傳質，以及電化學效應，如腫瘤中的電化學治療，設計電場混合流體的微流裝置，或甚至是檢查電泳和色譜效應等。很多這樣的研究需要模擬傳質和流動，並耦合其他物理場，如電磁或結構力學。只有多物理場軟體，如COMSOL Multiphysics使得研究者有這種能力來研究這種多物理場同時耦合的問題。

Ⅳ 多相流體力學的研究方法

主要有半經驗物理模型和統觀實驗法，數學模型及數值計演算法，局部場的實驗量測法等。 半經驗物理模型和統觀實驗法 半經驗物理模型指以實驗觀測為基礎對多相流的流動形態作出半經驗性的簡化假設以便進行簡化分析計算，如假定多相流為一維柱塞流 (plug flow)等。統觀實驗法指只研究外部參量變化規律，例如多相流在管道中的阻力或平均傳熱量與流速間的關系、平均的體積分數等，不研究多相流中各種變數的場分布規律。
數學模型和數值計演算法 對多相流基本方程組中各個湍流輸運項、相間相互作用項和源項的物理規律以實驗或公設為基礎提出一定的表達式，使聯立的方程組封閉，能夠求解，這就是建立數學模型。聯立的非線性偏微分方程組只能用數值法，如有限差分方法或有限元法求解。已經制定了二維和三維多相湍流流動計算程序軟體，可以初步用於計算旋風除塵器、煤粉燃燒室和氣化室、液霧燃燒室、反應堆中水-汽系統以及炮膛中氣-固或氣- 液各相中的壓力、速度、溫度、體積分數等的分布。目前，正在研製用於工程中最優化設計的軟體。
實驗量測法 研究多相流的流動、傳熱、傳質以及化學反應等規律時，觀測其流型，測量各相的速度、流量、尺寸、濃度、體積分數或含氣率、溫度分布等十分重要。觀測流型常常用高速攝影、全息照相和電測法等。測量顆粒尺寸分布可用印痕或溶液捕獲法、光學或激光散射法、激光全息術、激光多普勒法 （LDV法）等。測量流量、速度、濃度、重量含氣率分布等可以用 LDV法、取樣探針、電探針、光導纖維探針、分離器法等。測量平均截面含氣率可用放射性同位素法、γ射線法、分離器法等。

Ⅵ 研究方法

利用注水井吸水剖面、小層沉積微相和數值模擬三種方法綜合研究南區沙二下_1-5層系剩餘油分布規律。

1.注水井吸水剖面法

注水井吸水剖面法是利用歷年來注水井吸水剖面資料，將注水井累積注水量分配到小層，再根據室內岩心水驅油試驗結果，注入體積倍數與採收率、含水率之間的關系，來確定小層剩餘油分布規律。

（1）建立靜態資料庫，統計小層滲透率分布規律

系統建立南區沙二下_1-5層系油、水井靜態參數資料庫。利用算術平均法和有效厚度加權平均法，分別計算出各小層滲透率平均值。利用概率統計的方法，求出各小層滲透率分布變異系數。

（2）建立吸水剖面資料庫，計算小層累積注水量

在靜態數據的基礎上，建立注水井吸水剖面資料庫。利用吸水剖面資料庫可以統計出歷年單井、小層吸水厚度變化趨勢和吸水強度分布規律。利用吸水剖面資料庫和注水井單井累積注水量，可以計算出歷年小層累積注水量。

（3）建立注入體積倍數與採收率、含水之間關系，計算小層采出程度

根據濮城油田南區濮檢1井非穩定流油水相對滲透率、水驅油試驗報告和沙二下第446號岩心試驗結果，由小層累積注水量計算出小層注入體積倍數，再根據以上關系內插求出各小層的采出程度和含水率。

（4）確定小層驅油效率

根據利用中原油田開發室內試驗數據統計出來的驅油效率E_D試驗公式：

高含水油田剩餘油分布研究：以遼河油田歡26斷塊為例

驅油效率E_D可以做為小層在均質條件下的最終值，驅油效率E_D1可以做為小層在非均質條件下油田開發的最終值，或稱測算採收率。在油田開發中，驅油效率還受注采井網及工藝技術條件的限制。

（5）計算小層剩餘油量

根據小層驅油效率計算出可采儲量，再由小層采出程度計算出剩餘油量。

2.小層沉積相法

通過對濮城油田沙二下段沉積相的研究，認為濮城沙二下段沉積環境為淺水湖泊相和淺水三角洲相，其特點是水下分支河道異常發育，水下河道亞相是沙二下段沉積主體和骨架，河道層序具有對稱性，底部粗粒段和頂部細粒段較薄、中間段厚度大且粒度均勻，河道砂體是本區沙二下段主要儲集層；南區沙二下長期處於水下河道沉積區，砂層多，分選好，是濮城油田沙二下中的最好儲集層。

針對沙二下_1-5油層目前開發現狀，結合沉積相研究和油水生產剖面的初步分析，得到以下認識：

（1）河道砂是主要的吸水層，也是目前的主要產出層

在油田開發初期，河道砂（包括水下河道主水流線上的SH型砂體，居非主水流線上的H型砂體和居水下河道中的相對高台上的T型砂體）是主要的吸水層，也是主要的產油層。到油田開發中後期，由於油田含水的升高，主產層逐步過渡到主產水層。

根據1987年至1991年注水井吸水狀況分類統計，河道砂是注水井的主要吸水層，統計48口注水井的吸水剖面，河道砂的射孔厚度204.5m，占總射孔厚度的45.7%，河道砂的絕對吸水量2692.2m³/d，占總吸水量的66.3%。其中1988年至1990年，河道砂射孔厚度占總射孔厚度的53%左右，絕對吸水量的百分數卻高達80%以上。1987年至1990年，在射開河道砂厚度相對穩定的情況下，注水井中河道砂體的吸水能力有增大趨勢，相對吸水百分數由57%增大到90%。

根據9口生產井產出剖面統計資料（表4-14），河道砂也是目前主要的產出層。統計沙二下_1-5層系河道砂射孔厚度45.1m，占總射孔厚度的40.1%，河道砂產液量122.3m³/d，占總產液量的64.8%。

（2）河道砂在注水井和生產井之間已經形成地下水道，是主要的產水層

根據濮3-284井環空測井資料分析，射開16層，產出層5個，產出層佔31.3%；射開厚度33.5m，產出厚度16.4m，產出厚度佔49.0%。其中主要產水層3²小層，2層5.0m，日產油1.7m³，日產水19.7m³，含水92.1%。

濮3-284井的一線注水井是3-282井，由於濮3-28井處於河流的邊灘部位，油層物性差，吸水狀況差。根據歷次吸水剖面資料解釋，射開有效厚度1.4m，日吸水量只有5m³左右，分析結果一線注水井不是主要的來水方向。

濮3-278井是濮3-284井的二線注水井，根據吸水剖面資料分析，是其主要的來水方向。濮3-278井沙二下3²小層，射開吸水厚度3.2m，日吸水量66.3m³。根據沉積相分析，濮3-278井和濮3-284井的沙二下3²小層處於同一河道砂體，它們之間連通性好、滲透性好，在油田注水開發中已經形成了地下水道。

（3）前緣砂和濱湖砂是目前主要的產油層

前緣砂分布在水道的兩側，濱湖砂距河道砂較遠。前緣砂屬中滲透砂體，濱湖砂屬於低滲透性砂體。

統計沙二下_1-5層系主要處於前緣砂和濱湖砂部位的21口生產井，1992年9月份日產油水平289t，井數佔全層系開井數的34.4%，日產油水平佔56.1%。21口生產井平均單井日產水平13.8t，平均含水37.0%。其中處於前緣砂亞相的濮3-41井，生產沙二下_3-5，射開5層13.4m，其中有效厚度3層7.6m,9月份平均日產油16t，含水61%，累積產油7.09×10⁴t。

統計沙二下3²和沙二下5²兩個典型含油小層，前緣砂2.32km²，濱湖砂3.02km²，分別占兩小層含油麵積的30.1%和39.0%。前緣砂和濱湖砂在平面上分布面積比較大，由於油層物性差、滲透率低，目前水驅動用狀況差，剩餘油量比較大，是今後挖潛的主要方向。

綜合以上分析，河道砂是主要的吸水部位，同時也是主要的產出部位，過去是主要的產油層，目前是主要的產水層。含水一般均在80%以上，局部含水達到90%以上。目前剩餘油很少，已到水洗油的階段。大慶的河流過渡相和河漫相部位（濮城的前緣相與濱湖相）是目前主要的剩餘油聚集帶，也是目前主要的產油層，因此下步調整挖潛的方向應為河床過渡相和河漫相。

3.數值模擬法

（1）建立模型

①網格的劃分

該模擬區塊共有25小層，模型建立縱向上以主力層單獨模擬層為原則劃分為13個模擬層；平面上選取不等間距的矩形網格系統。整個模型網格總數為13×18×13=7254，其中有效節點4873個，死節點為2381個。

②油藏參數的選取

油藏流體物性參數。

相對滲透率數據：由於沒有本區塊油藏的相對滲透率數據借用鄰近區濮檢1井的數據進行了修正。沙二下_1-5共選用七條相對滲透率曲線。

PVT數據：南區沙二下_1-5層系沒有取得PVT數據，故借用與其相近的東區文35井的數據進行了處理修正。

網格節點參數：網格節點數據除網格步長外，其他地質參數均來自每口井的電測解釋結果，在工作站上用插值法算得每個網格的數據。

初始化計算結果：濮53塊沙二下_1-5油藏由於未對每一小層儲量進行標定，利用每小層體積百分數來計算每一小層儲量。利用三維三相模擬各小層儲量結果。

（2）歷史擬合

根據生產歷史對單井，全油田的壓力、含水進行了擬合，均得到了較滿意的結果。