无网格研究传质的方法

Ⅰ 赵光明的论文着作

[1] 赵光明.无单元法理论与应用.合肥:中国科学技术大学出版社,2009 年.
[2] 肖新标,赵光明.ANSYS 7.0 实例分析与应用.北京:清华大学出版社,2004 年.
[3] 叶裕明,赵光明.ANSYS 土木工程应用教程.北京:中国水利水电出版社,2005 年,2007 年.
[4] 李铁锋,赵光明.C 语言程序设计.上海:华东理工大学出版社,2006 年.
[5] 赵光明,宋顺成.无网格方法在二维弹性力学计算中的应用.西南交通大学学报,2004,39(4):476-480.（EI 收录）
[6] 赵光明,宋顺成. 无网格伽辽金法与有限元耦合新算法.应用数学和力学,2005,26(8):899 -904.(SCI,EI 收录)
[7] 赵光明,宋顺成.基于增量本构关系弹塑性分析的无网格伽辽金法.中国矿业大学学 报,2005,34(4):509-513.（EI 收录）
[8] 赵光明, 宋顺成. 利用无网格伽辽金法分析材料稳态蠕变问题. 力学季 刊,2005,26(1):163-168.
[9] 赵光明,宋顺成.无网格本质边界条件实现方法的研究进展.科技通报,2005,21(6):644-650.
[10] 赵光明,宋顺成.几何非线性问题中的无网格伽辽金法.计算力学学报,2006,22(3):361-365.EI 收录）
[11] 赵光明,宋顺成.分析圆柱形弹体Taylor 撞击的方法研究. 爆炸与冲击,2006,26(6):498-504.EI 收录）
[12] 赵光明, 宋顺成. 轴对称几何非线性问题中的无网格算法. 辽宁工程技术大学学 报,2006,25(5):714-716.（EI 收录）
[13] 赵光明,宋顺成.无网格方法在动力学中的应用.重庆大学学报,2006,29(4):54-57.
[14] 赵光明,宋顺成.非线性问题的再生核质点法.兰州大学学报,2006,42(5):85-89.
[15] 赵光明,宋顺成.高速冲击过程数值分析的再生核质点法.力学学报,2007,39(1):63-69.（EI 收录）
[16] 赵光明,宋顺成.弹塑性大应变双重非线性问题分析的再生核质点法研究.塑性工程学 报,2007,14(1):124-128.（EI 收录）
[17] 赵光明, 宋顺成. 冲击动力过程的无网格数值分析方法研究. 西南交通大学学 报,2007,42(2):223-228.（EI 收录）
[18] 赵光明, 宋顺成. 再生核质点法在非线性冲击动力学中的应用. 江苏大学学 报,2007,28(3):262-265.（EI 收录）
[19] 赵光明,宋顺成,孟祥瑞.基于Yeoh 本构关系橡胶超弹性材料的无网格法分析.应用基础与工程科学学 报,2009,17(1):121-127.（EI 收录）
[20] 赵光明,孙向阳,孟祥瑞.考虑软岩线性硬化、软化和残余强度的圆形巷道围岩分析理论研究,中国煤炭学会编.第四届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集383-390.
[21] 赵光明,宋顺成.金属弹体侵彻混凝土的再生核质点法研究.兵工学报,2009,30(s2) :188-193.（EI收录）
[22] 赵光明,宋顺成.非线性侵彻动力过程数值分析的新方法研究.爆炸与冲击,2010,30(4):355-360.（EI收录）
[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收录）
[24] 潘阳,赵光明,孟祥瑞.非均匀应力场下巷道围岩弹塑性分析.煤炭学报,2011,36(s1):53~58.（EI收录）
[25] 赵光明,孟祥瑞.深井软岩的动态压缩力学性能研究.兵工学报,2011,32(s2):330-336. （EI收录）
[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收录）
[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收录）
[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收录）
[29] 赵光明,谢理想,孟祥瑞.软岩的动态力学本构模型.爆炸与冲击,2013,33(2):126-132. （EI收录）
[30] 谢理想,赵光明,孟祥瑞.岩石在冲击载荷下的过应力本构模型.岩石力学与工程学报,2013,32(s1):2772-2781. （EI收录）
[31] 谢理想,赵光明,孟祥瑞.软岩及混凝土材料损伤型黏弹性动态本构模型研究.岩石力学与工程学报,2013,32(4):857-864. （EI收录）
[32] 张小波,赵光明,孟祥瑞.基于Drucker-Prager屈服准则的圆形巷道围岩弹塑性分析.煤炭学报,2013, 38(s1) :30-37（EI收录）
[33] 张小波,赵光明,孟祥瑞.考虑峰后应变软化与扩容的圆形巷道围岩弹塑性D-P准则解.采矿与安全工程学报，2013,30(6):903-910 （EI收录）

Ⅱ 陶文铨的主要成就

陶文铨教授作为国际数值传热学知名专家，长期从事传热学及其数值模拟方法与工程应用的教学与研究，推动与促进了我国计算传热学科的形成与发展；提出了分析对流项离散格式稳定性的符号不变原理与处理不规则区域的组合网格思想，提出了绝对稳定的对流项离散新格式和处理不可压缩流场速度与压力耦合关系的全隐算法，提高了计算精度和收敛速度；在强化传热方面，提出与研制了多项高效强化传热新技术 。
在强化传热方面，提出与研制了多项高效强化传热新技术，研究了基本理论与工程应用、电子元器件的冷却技术、湍流模型及其工程应用、高效换热器的优化设计与研发、微细尺度流动和传热的研究、多尺度系统/过程建模 。
在数值计算方面，陶文铨提出了分析对流项离散格式稳定性的符号不变原理与处理不规则区域的组合网格思想；提出了绝对稳定的对流项离散新格式和处理不可压缩流场速度与压力耦合关系的全隐算法，提高了计算精度和收敛速度 。 陶文铨所创建的西安交通大学传热与流动数值模拟研究团队在国际上有一定影响 。团队中青年学者茁壮成长，2人获得全国优秀博士论文奖，1人获得国家杰出青年科学基金，1人为国家级教学名师，3人为教育部新世纪优秀人才。陶文铨已经培养研究生83人，其中39人获博士学位，46人获硕士学位。
据中国科学技术信息研究所、国家工程技术数字研究馆信息、全国图书馆参考咨询联盟：1988年至2012年期间，陶文铨培养学生情况如下 ： 毕业时间论文题目作者指导老师学位类别2012《强化制冷工质相变换热以及管壳式水冷冷凝器的实验和应用研究》冀文涛陶文铨博士2011《用于电子器件冷却的脉管制冷机与微通道热沉的研究》巩亮陶文铨博士2011《介观格子Boltzmann方法与宏观/微观方法耦合模拟多尺度热流科学问题》栾辉宝陶文铨博士2011《强化气体换热技术及强化技术性能评价图研究》樊菊芳陶文铨博士2010《受浮升力影响的湍流对流换热的直接数值模拟研究》阳祥陶文铨博士2010《基于VOSET方法的二维水平膜态沸腾研究》郭东之陶文铨硕士2010《质子交换膜燃料电池局部电流和局部电位实验研究》樊进宣陶文铨硕士2009《R134a水平管外沸腾和凝结传热的实验研究及理论预测》冯楠陶文铨硕士2009《汽车驾驶室热环境数值模拟与汽车乘客热舒适度评价》王甜甜陶文铨硕士2009《低阶模型在玻璃厚度的实时控制及传热反问题求解中的应用》丁鹏陶文铨博士2009《质子交换膜燃料电池的局部电流分布特性实验与数值研究》于乐陶文铨硕士2009《格子Boltzmann 方法对湍流问题的模拟及其在多尺度分析中的应用》徐辉陶文铨博士2009《恶劣热环境下无线通信设备散热系统的改进及优化设计》刘召军陶文铨硕士2009《壁面附近流体凝结特性的分子动力学研究》陈鹏飞陶文铨硕士2009《螺旋折流板换热器壳侧传热与阻力特性及换热器热力设计方法的研究和软件开发》张剑飞陶文铨博士2009《气泡运动行为的研究及其在蒸发器液滴夹带计算中的应用》林再江陶文铨硕士2009《镍基渗层螺旋翅片管省煤器气侧积灰、流动与经济性研究》史月涛陶文铨博士2008《跨临界二氧化碳制冷空调循环及其平片、开缝片换热器实验、数值研究》吴志根陶文铨博士2008《低Ma可压缩对流换热的数模方法及在翅片开发中的应用》皮秀平陶文铨硕士2008《平行流冷凝器性能的实验研究及数值模拟》孙玮陶文铨硕士2008《食品冷藏陈列柜强化传热及节能技术研究》吕彦力陶文铨博士2008《微细通道内流动与换热特性的理论研究及实际应用》李卓陶文铨博士2008《提高建筑物围护结构保温性能的数值与实验研究》李临平陶文铨博士2008《质子交换膜燃料电池的局部电流分布以及动态响应研究》卫星陶文铨硕士2008《氟利昂替代制冷剂在水平管外相变换热强化的实验研究》冀文涛陶文铨硕士2007《波纹管内部的换热强化及外部绕流减阻的数值模拟》王小佳陶文铨硕士2007《制冷剂在双侧强化管外凝结和沸腾换热的实验研究及数值模拟》张定才陶文铨博士2007《先进流动与传热数值计算体系的构建》金巍巍陶文铨博士2007《计算机CPU芯片等电子器件冷却散热器的数值模拟和实验研究》谢旭良陶文铨博士2007《强化空气及油类换热设备传热的数值模拟与实验研究》李斌陶文铨博士2007《矩形截面通道内强化对流换热机理的研究及湍流换热的高级数值模拟》马良栋陶文铨博士2007《弓形与螺旋折流板管壳式换热器的实验研究》陶文铨硕士2007《质子交换膜燃料电池性能优化的数值模拟及实验研究》闵春华陶文铨博士2006《直接模拟蒙特卡罗法在微尺度气体流动与换热中的应用》王裕峰陶文铨硕士2006《格子-Blotzmann方法及其在血液流动研究和非牛顿流体数值模拟中的应用》吕嘉喜陶文铨硕士2006《燃料电池工作角度和反应气流量的影响及小型电池堆的研制》姜炜陶文铨硕士2005《紧凑式换热器表面的强化换热节能机理及其优化研究》周俊杰陶文铨博士2005《湍流的直接模拟及微尺度流动和换热研究》李光熙陶文铨博士2005《螺旋折流板管壳式换热器和平行流冷凝器的数值模拟》吴扬陶文铨硕士2005《电子器件散热器自然对流换热的实验研究及三维数值模拟》高健陶文铨硕士2005《质子交换膜燃料电池性能的实验研究和数值模拟》刘训良陶文铨博士2005《光管与翅片管管壳式换热器的三维数值模拟》李欣陶文铨硕士2005《脉管制冷机三维数值模拟计算及混合工质应用的试验研究》丁文静陶文铨博士2005《流动传热问题先进算法及其在强化空气对流传热应用中的研究》屈治国陶文铨博士2005《具有运动边界通道内流动与换热问题的大涡模拟》石磊陶文铨硕士2004《电脑CPU散热器的实验研究及数值模拟》陆正裕陶文铨硕士2004《用直接模拟蒙特卡罗法计算微通道中的流动与换热》周靖陶文铨硕士2004《波纹管内流动和换热规律的实验研究及数值模拟》曾敏陶文铨博士2004《开缝翅片换热表面流动与传热特性的数值模拟和实验研究》程永攀陶文铨硕士2004《格子-Boltzmann方法及其在微通道和多孔介质流动模拟中的应用》伍华荣陶文铨硕士2004《微尺度气体流动与换热特性研究及格子-Boltzmann方法分析》唐桂华陶文铨博士2003《具有运动边界的流动与换热问题的数值及实验研究》张东升陶文铨博士2003《换热器壳侧流动与换热的数值模拟及实验研究》邓斌陶文铨博士2002《翅片管换热表面传热特性的数值研究及场协同原理分析》宋富强陶文铨硕士1993《水平放置环状扇形通道内的对流换热》吕树申陶文铨硕士2001《旋转通道内的湍流流动与换热的研究》李增耀陶文铨博士2001《非结构化网格的生成及其在多孔介质相变传热数值模拟中的应用》徐明海陶文铨博士2001《格子-Boltzmann方法及其在常规与微尺度对流换热模拟中的应用》李明秀陶文铨硕士2001《螺旋折流板换热器传与阻力性能的实验研究》王良陶文铨硕士2001《管壳式换热器壳侧流场与温度场的三维数值模拟》胡延东陶文铨硕士2000《R407C非共沸混合工质在水平单馆外凝结换热的研究》成昌锐陶文铨博士2000《三维复杂区域内湍流流动的实验及数值研究》聂建虎陶文铨博士2000《R407C非共沸混合工质在水平单管外凝结换热的研究》成昌锐陶文铨硕士2000《周期性通道内非牛顿流体的流动与换热实验与数值研究》杨小玉陶文铨硕士1998《内翅片管中的对流换热及非结构化网格中有限容积法的研究》宇波陶文铨博士1997《R134a及R32/R134a水平管内流动凝结与沸腾换热的研究》陈民陶文铨博士1995《低沸点工质在水平管内的强迫流动凝结换热》李沛文陶文铨博士1997《用于燃气轮机叶片内冷的新型强化方法及冲击冷却的研究》苑中显陶文铨博士1997《壁面带有离散突起散热块的竖直通道中的自然对流换热》魏建国陶文铨博士1997《现代差分格式的发展及离心压缩机内部紊流场的数值模拟》倪明玖陶文铨博士1996《复杂截面及扭转通道中紊流流动与换热的实验与数值研究》王良璧陶文铨博士1996《封闭空腔内孤立物体自然对流稳定性及分歧现象研究》刘继平陶文铨博士1996《转弯通道及旋转盘腔内的紊流流动与换热研究》赵长颖陶文铨博士1996《倾斜封闭立方腔内多块孤立平板的自然对流换热》王秋旺陶文铨博士/《汽液界面特性和水的密度极值的分子动力学研究》熊建银陶文铨硕士/《管翅式换热器空气侧流动与换热的数值模拟》张超超陶文铨硕士/《高压推力室流动与传热特性及液膜冷却的数值模拟研究》张宏伟陶文铨博士1992《R152a饱和蒸气在四种水平单管外凝结换热的研究》程斌陶文铨硕士1991《封闭腔内孤立物体的自然对流换热》杨茉陶文铨博士1991《射流对矩形空腔冲击的传热传质特性研究》李沛文陶文铨硕士1990《流体横掠非均长倾斜板簇的换热及阻力特性的试验研究》黄辉章陶文铨硕士1990《多孔结构中对流传质规律与阻力特性的实验研究及流动的数值分析》刘保民陶文铨硕士 专着作品
陶文铨出版专着与教材13部。其中专着《数值传热学》已经被国内外期刊论文引用六千余次 。 出版时间图书名称作者出版社1981《传热学基础》陶文铨主编电力工业出版社1988《数值传热学》陶文铨编着西安交通大学出版社1991《计算流体力学与传热学》陶文铨编着中国建筑工业出版社1995《传热学的研究与进展 杨世铭教授从教50周年暨70寿辰纪念文集》陶文铨等编高等教育出版社1998《传热学》杨世铭，陶文铨编着高等教育出版社1999《陈学俊院士从事教育科技六十周年暨八十华诞纪念册》陶文铨主编2000-6-1 《计算传热学的近代进展》 陶文铨 科学出版社 2001-5-1 《数值传热学(第2版)》 陶文铨 西安交通大学出版社 2001-7-1 《工程热力学——教育部高等教育面向21世纪课程教材》 陶文铨，李永堂 武汉理工大学出版社 2005《对流换热及其强化的理论与实验研究最新进展》陶文铨，何雅玲等编着高等教育出版社2006-12-1 《传热学》 陶文铨 西北工业大学出版社 2006-8-1 《传热学第四版》 杨世铭，陶文铨 高等教育出版社 2009-1-1 《传热与流动问题的多尺度数值模拟：方法与应用》 陶文铨 科学出版社 期刊论文
截止2014年，陶文铨发表科研论文400余篇：国际杂志140篇，国际会议80余篇，国内重要期刊物近200篇。根据万方数据库检索的部分论文如下： 发表时间论文名称作者期刊名称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场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用 (上)陶文铨， 何雅玲西安交通大学学报2010/2/15无网格数值求解方法陶文铨， 吴学红， 戴艳俊中国电机工程学报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 想问一下传递过程中 三传（传质，传热，动量传递）的实际应用

1、动量传递（momentum transfer）流动着的流体与相邻的流体层或管壁间有相对运动，流速较高、动量较大的流体的动量会向相邻的低速流体层或壁面的边界层转移，称为动量传递。

它直接影响到流体在化工设备中的空间分布或停留时间分布，对分离和反应设备的工作效率和化工设备放大有重要形响。

2、热量传递是一种复杂的现象，常把它分成三种基本方式，即导热、热对流及热辐射。生产和生活中所遇到的热量传递现象往往是这三种基本方式的不同主次的组合。应该指出，热量传递的基本方式虽然只有三种，但与生产和生活的各个领域密切相关的热量传递问题却是多种多样的，而且需要在认清其基本规律的基础上作进一步的探索才能获得较满意的结果。

3、物质在介质中因化学势差的作用发生由化学势高的部位向化学势低的部位迁移的过程，与动量传递、热量传递并列为三种传递过程。质量传递可以在一相内进行，也可能在相际进行。化学势的差异可由浓度、温度、压力和外加电场所引起。质量传递是一种广泛存在的现象。

例如，敞口水桶中水向静止空气中蒸发，糖块在水中溶解，烟气在大气中扩散，用吸收方法脱除烟气中的二氧化硫，以及催化反应中反应物向催化剂表面转移等，都是日常生活中或工程上常见的质量传递过程。

在化工生产中，质量传递不仅是均相混合物分离的物理基础，而且也是反应过程中几种反应物互相接触以及反应产物分离的主要机理。研究质量传递规律，不仅对传质设备（如板式塔、填充塔等）的设计很重要，而且对反应器的设计，特别在涉及受质量传递控制的反应时，也是很重要的。

此外，在环境工程、航天技术以及生物医药工程中，质量传递都起着重要作用。

(3)无网格研究传质的方法扩展阅读

传递过程的研究通常按三种不同的尺度进行，即分子尺度、微团尺度和设备尺度。

1、分子尺度上的研究考察分子运动引起的动量、热量和质量的传递。以分子运动论的观点，借助统计方法，确立传递规律，如牛顿粘性定律(见粘性流体流动)，傅里叶定律（见热传导）和斐克定律(见分子扩散)。与分子运动有关的物质的宏观传递特性表示为粘度、热导率、分子扩散系数等。

2、微团尺度上的研究考察流体微团（由众多分子组成，尺寸远小于运动空间，也称流体质点）运动所造成的动量、热量和质量的传递。

常忽略流体由分子组成内部存在空隙这一事实，而将流体视为连续介质，从而使用连续函数的数学工具，从守恒原理出发，以微分方程的形式建立描述传递规律的连续性方程、运动方程、能量方程和对流扩散方程。

当流体作湍流运动时，与流体微团运动有关的传递特性表示为涡流粘度、涡流热扩散系数和涡流扩散系数，但这些传递特性与流动状况、设备结构等有关，不是流体的物性。

3、设备尺度上的研究考察流体在设备中的整体运动（如搅拌过程中，搅拌桨所造成的大尺度环流）所导致的动量、热量和质量传递，以守恒原理为基础，就一定范围进行总体衡算，建立有关的代数方程。

设备尺度上的传递特性表示为传热分系数和传质分系数，以及有效（或当量）热导率和有效扩散系数等。这些传递特性与流动条件直接有关，同样也不是物系的物性。

化工中属于流体动力过程的各种单元操作，如流体输送、过滤、沉降等，都以动量传递为基础；属于传热过程的，如换热、蒸发等，都以热量传递为基础；属于传质分离过程的，如吸收、蒸馏、萃取等，都以质量传递为基础。

化学反应工程要研究传递特性对化学反应的影响，也是以传递过程作为基础的。从传递过程的研究，可以获知化工设备的有关性能，这对于化工设备的设计、放大及其结构的改进和性能的优化等提供一定的理论依据。

例如掌握热量传递的规律，就能为换热器的强化找到途径。多年来，化学工程的迅速发展是与传递过程的研究进展分不开的。

参考资料来源：网络-动量传递

参考资料来源：网络-热量传递

参考资料来源：网络-质量传递

参考资料来源：网络-传递过程

Ⅳ 如何用comsol模拟管道流体化学反应

在一个固定床反应器中耦合自由和多孔介质流动，涉及三种气体，两种是反应物，一种是产物（A+B->C）。从主管道（B）和注射管（A）注入的物质在固定的多孔介质催化床中反应，得到C，见图2。模拟通常分五个主要步骤。

1.建立几何模型
第一步是建立几何模型，并定义具有不同属性的区域（“子域”）。反应器（图2）由一个管结构和一个注射管组成。注意，由于反应器具有对称性，只需要模拟它的一半，这样可减少计算量。

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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.
图2：主用户界面显示了3室反应器，右上角的对话框帮助用户输入传质平衡中的
物理参数

很多模拟软件提供一个CAD编辑器用来绘制和生成几何结构，此外，也可以按常见格式导入CAD文件，这使得用户可以利用专门的CAD软件的来绘制几何结构，或如果已经存在这样一个文件，直接导入它。例如COMSOL Multiphysics支持所有的2D和3D的CAD文件格式。更高级的软件还支持与CAD软件的在线连接，如COMSOL Multiphysics可以与SolidWorks无缝工作。因此，如果用户在SolidWorks环境中对几何结构进行了修改，这些改动会立即反映到COMSOL Multiphysics中，无需用户干预。

2.物理设定
在COMSOL Multiphysics内建的应用模式中设置每一个子域。在流动场，Navier-Stokes方程描述自由流动区的流体流动，Brinkman方程描述多孔介质区。最后，模型采用对流－扩散方程模拟三种物质的质量守恒。每一种应用模式有自己的材料和边界条件设定，其中可以设定成常数或任意表达式。

接下来可以处理动量守恒及其边界条件。在反应器的两个外部区域没有多孔介质，控制方程是Navier-Stokes方程，而由Darcy定律扩展的Brinkman只用于多孔催化剂。固体壁上的边界条件是无滑移边界条件。然后定义主反应器和注射管中的入口流速及压力，还必须定义流动类型。在入口边界上假设是完全发展的层流，不需要定义自由流动和多孔介质流动间的内部边界上的流速和压力。

最后需要处理物料守恒及其边界条件。前一步中软件计算速度场，然后用这个信息来给出由Convection and Diffusion应用模式计算的物料守恒中的对流项。这个应用模式在自由流动域和多孔介质域有不同的属性，并将反应速率表达式引入到床中。主入口和注射口入口边界条件是浓度边界条件，出口采用对流边界条件，表示对流控制着反应器出口的物料传质。这是管式反应器中的常用边界条件，避免在出口设置一个浓度或通量。

一个关键的应用是COMSOL Multiphysics图形界面的使设置物理属性（图2）不再那么痛苦。当选择了一个应用模式后，软件提供对相关物理场优化过的若干方程和对话框。用户界面列出了控制方程，其参数可以在编辑框中输入。你可以通过键盘根据特别的需求自由地修改方程。

3.网格剖分
当定义好物理场后，接下来就是生成网格，即生成可代表整个系统的上千个三角形或其他形状（图3）。软件选择了一种缺省的网格，也可以自己手动控制划分网格。例如COMSOL Multiphysics缺省采用三角形单元，也提供四边形、四面体、砖形，以及六面体等，应用于不同的案例。此外，简单地用一个框选中感兴趣的部分，然后在该区域中精细化网格来获得提高精确性。

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Figure 3: Finite-element mesh for the reactor.
图3：反应器的有限元网格

4. 选择和运行求解器
对大部分程序，COMSOL Multiphysics建议缺省的求解器，但也可以从静态和非静态线性求解器、瞬态求解器、特征值求解器、参数化线性或非线性求解器，以及自适应求解器中选择一个。本例选择瞬态求解器，并定义求解的时间点。还要设置软件生成解的顺序，例如本例软件首先求解Brinkman和不可压缩Navier-Stokes方程，然后是对流和扩散方程。本例中反应影响气体密度，软件可以同时计算所有的方程。

5. 后处理和图形化
一个功能强大的软件可以有多种方法显示任意结果。除了提供大量的图和图表，COMSOL Multiphysics还可以制作动画，用户可以通过电影来分析随时间的变化。静态地显示起动相，然后是稳态结果同样揭示出大量的信息。这个反应器中，首先可以检查流场分布（图4a），可见在注射口下较大，而在多孔介质反应床内较小。图4b说明A的浓度是如何因为反应的消耗及通过扩散而随着与注射口的距离增大而减小的。

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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).
图4：模拟结果：反应器的流速（a）；材料A的浓度（b）；材料C的浓度（c）

然而，C的生成在催化区不是均匀的（图4c），模拟表明催化剂的利用率不足。图中显示了反应不是均匀分散在催化床，注射点离多孔介质床太近，反应物未完全混合，只有一部分床被利用。较好的设计可能包括在注射点后添加一个静态混合器，或将注射点向上游移，从而通过扩散增加混合效果。
其他可以进行的模拟
这个化工反应的例子只是浅尝即止，还可以模拟燃料电池堆中的流动的动量守恒，热交换器中的能量守恒，静态层流混合器中的传质，以及电化学效应，如肿瘤中的电化学治疗，设计电场混合流体的微流装置，或甚至是检查电泳和色谱效应等。很多这样的研究需要模拟传质和流动，并耦合其他物理场，如电磁或结构力学。只有多物理场软件，如COMSOL Multiphysics使得研究者有这种能力来研究这种多物理场同时耦合的问题。

Ⅳ 多相流体力学的研究方法

主要有半经验物理模型和统观实验法，数学模型及数值计算法，局部场的实验量测法等。 半经验物理模型和统观实验法 半经验物理模型指以实验观测为基础对多相流的流动形态作出半经验性的简化假设以便进行简化分析计算，如假定多相流为一维柱塞流 (plug flow)等。统观实验法指只研究外部参量变化规律，例如多相流在管道中的阻力或平均传热量与流速间的关系、平均的体积分数等，不研究多相流中各种变量的场分布规律。
数学模型和数值计算法 对多相流基本方程组中各个湍流输运项、相间相互作用项和源项的物理规律以实验或公设为基础提出一定的表达式，使联立的方程组封闭，能够求解，这就是建立数学模型。联立的非线性偏微分方程组只能用数值法，如有限差分方法或有限元法求解。已经制定了二维和三维多相湍流流动计算程序软件，可以初步用于计算旋风除尘器、煤粉燃烧室和气化室、液雾燃烧室、反应堆中水-汽系统以及炮膛中气-固或气- 液各相中的压力、速度、温度、体积分数等的分布。目前，正在研制用于工程中最优化设计的软件。
实验量测法 研究多相流的流动、传热、传质以及化学反应等规律时，观测其流型，测量各相的速度、流量、尺寸、浓度、体积分数或含气率、温度分布等十分重要。观测流型常常用高速摄影、全息照相和电测法等。测量颗粒尺寸分布可用印痕或溶液捕获法、光学或激光散射法、激光全息术、激光多普勒法 （LDV法）等。测量流量、速度、浓度、重量含气率分布等可以用 LDV法、取样探针、电探针、光导纤维探针、分离器法等。测量平均截面含气率可用放射性同位素法、γ射线法、分离器法等。

Ⅵ 研究方法

利用注水井吸水剖面、小层沉积微相和数值模拟三种方法综合研究南区沙二下_1-5层系剩余油分布规律。

1.注水井吸水剖面法

注水井吸水剖面法是利用历年来注水井吸水剖面资料，将注水井累积注水量分配到小层，再根据室内岩心水驱油试验结果，注入体积倍数与采收率、含水率之间的关系，来确定小层剩余油分布规律。

（1）建立静态数据库，统计小层渗透率分布规律

系统建立南区沙二下_1-5层系油、水井静态参数数据库。利用算术平均法和有效厚度加权平均法，分别计算出各小层渗透率平均值。利用概率统计的方法，求出各小层渗透率分布变异系数。

（2）建立吸水剖面数据库，计算小层累积注水量

在静态数据的基础上，建立注水井吸水剖面数据库。利用吸水剖面数据库可以统计出历年单井、小层吸水厚度变化趋势和吸水强度分布规律。利用吸水剖面数据库和注水井单井累积注水量，可以计算出历年小层累积注水量。

（3）建立注入体积倍数与采收率、含水之间关系，计算小层采出程度

根据濮城油田南区濮检1井非稳定流油水相对渗透率、水驱油试验报告和沙二下第446号岩心试验结果，由小层累积注水量计算出小层注入体积倍数，再根据以上关系内插求出各小层的采出程度和含水率。

（4）确定小层驱油效率

根据利用中原油田开发室内试验数据统计出来的驱油效率E_D试验公式：

高含水油田剩余油分布研究：以辽河油田欢26断块为例

驱油效率E_D可以做为小层在均质条件下的最终值，驱油效率E_D1可以做为小层在非均质条件下油田开发的最终值，或称测算采收率。在油田开发中，驱油效率还受注采井网及工艺技术条件的限制。

（5）计算小层剩余油量

根据小层驱油效率计算出可采储量，再由小层采出程度计算出剩余油量。

2.小层沉积相法

通过对濮城油田沙二下段沉积相的研究，认为濮城沙二下段沉积环境为浅水湖泊相和浅水三角洲相，其特点是水下分支河道异常发育，水下河道亚相是沙二下段沉积主体和骨架，河道层序具有对称性，底部粗粒段和顶部细粒段较薄、中间段厚度大且粒度均匀，河道砂体是本区沙二下段主要储集层；南区沙二下长期处于水下河道沉积区，砂层多，分选好，是濮城油田沙二下中的最好储集层。

针对沙二下_1-5油层目前开发现状，结合沉积相研究和油水生产剖面的初步分析，得到以下认识：

（1）河道砂是主要的吸水层，也是目前的主要产出层

在油田开发初期，河道砂（包括水下河道主水流线上的SH型砂体，居非主水流线上的H型砂体和居水下河道中的相对高台上的T型砂体）是主要的吸水层，也是主要的产油层。到油田开发中后期，由于油田含水的升高，主产层逐步过渡到主产水层。

根据1987年至1991年注水井吸水状况分类统计，河道砂是注水井的主要吸水层，统计48口注水井的吸水剖面，河道砂的射孔厚度204.5m，占总射孔厚度的45.7%，河道砂的绝对吸水量2692.2m³/d，占总吸水量的66.3%。其中1988年至1990年，河道砂射孔厚度占总射孔厚度的53%左右，绝对吸水量的百分数却高达80%以上。1987年至1990年，在射开河道砂厚度相对稳定的情况下，注水井中河道砂体的吸水能力有增大趋势，相对吸水百分数由57%增大到90%。

根据9口生产井产出剖面统计资料（表4-14），河道砂也是目前主要的产出层。统计沙二下_1-5层系河道砂射孔厚度45.1m，占总射孔厚度的40.1%，河道砂产液量122.3m³/d，占总产液量的64.8%。

（2）河道砂在注水井和生产井之间已经形成地下水道，是主要的产水层

根据濮3-284井环空测井资料分析，射开16层，产出层5个，产出层占31.3%；射开厚度33.5m，产出厚度16.4m，产出厚度占49.0%。其中主要产水层3²小层，2层5.0m，日产油1.7m³，日产水19.7m³，含水92.1%。

濮3-284井的一线注水井是3-282井，由于濮3-28井处于河流的边滩部位，油层物性差，吸水状况差。根据历次吸水剖面资料解释，射开有效厚度1.4m，日吸水量只有5m³左右，分析结果一线注水井不是主要的来水方向。

濮3-278井是濮3-284井的二线注水井，根据吸水剖面资料分析，是其主要的来水方向。濮3-278井沙二下3²小层，射开吸水厚度3.2m，日吸水量66.3m³。根据沉积相分析，濮3-278井和濮3-284井的沙二下3²小层处于同一河道砂体，它们之间连通性好、渗透性好，在油田注水开发中已经形成了地下水道。

（3）前缘砂和滨湖砂是目前主要的产油层

前缘砂分布在水道的两侧，滨湖砂距河道砂较远。前缘砂属中渗透砂体，滨湖砂属于低渗透性砂体。

统计沙二下_1-5层系主要处于前缘砂和滨湖砂部位的21口生产井，1992年9月份日产油水平289t，井数占全层系开井数的34.4%，日产油水平占56.1%。21口生产井平均单井日产水平13.8t，平均含水37.0%。其中处于前缘砂亚相的濮3-41井，生产沙二下_3-5，射开5层13.4m，其中有效厚度3层7.6m,9月份平均日产油16t，含水61%，累积产油7.09×10⁴t。

统计沙二下3²和沙二下5²两个典型含油小层，前缘砂2.32km²，滨湖砂3.02km²，分别占两小层含油面积的30.1%和39.0%。前缘砂和滨湖砂在平面上分布面积比较大，由于油层物性差、渗透率低，目前水驱动用状况差，剩余油量比较大，是今后挖潜的主要方向。

综合以上分析，河道砂是主要的吸水部位，同时也是主要的产出部位，过去是主要的产油层，目前是主要的产水层。含水一般均在80%以上，局部含水达到90%以上。目前剩余油很少，已到水洗油的阶段。大庆的河流过渡相和河漫相部位（濮城的前缘相与滨湖相）是目前主要的剩余油聚集带，也是目前主要的产油层，因此下步调整挖潜的方向应为河床过渡相和河漫相。

3.数值模拟法

（1）建立模型

①网格的划分

该模拟区块共有25小层，模型建立纵向上以主力层单独模拟层为原则划分为13个模拟层；平面上选取不等间距的矩形网格系统。整个模型网格总数为13×18×13=7254，其中有效节点4873个，死节点为2381个。

②油藏参数的选取

油藏流体物性参数。

相对渗透率数据：由于没有本区块油藏的相对渗透率数据借用邻近区濮检1井的数据进行了修正。沙二下_1-5共选用七条相对渗透率曲线。

PVT数据：南区沙二下_1-5层系没有取得PVT数据，故借用与其相近的东区文35井的数据进行了处理修正。

网格节点参数：网格节点数据除网格步长外，其他地质参数均来自每口井的电测解释结果，在工作站上用插值法算得每个网格的数据。

初始化计算结果：濮53块沙二下_1-5油藏由于未对每一小层储量进行标定，利用每小层体积百分数来计算每一小层储量。利用三维三相模拟各小层储量结果。

（2）历史拟合

根据生产历史对单井，全油田的压力、含水进行了拟合，均得到了较满意的结果。