纳米通道中液体流动特征及接触角分子动力学模拟

发布时间：2020-05-26 19:48

【摘要】：纳米通道中液体流动特征对多孔膜分离提纯、微流控芯片和微机电系统的研究与制造及非常规油气资源的开发具有十分重要的作用。目前,针对微纳米尺度下的液体流动特征研究主要集中在微米尺度,纳米尺度下的油流动特征及油-水两相流动特征研究较少,流动机理尚不明晰,为了研究纳米尺度下液体流动特征,本文开展了固体壁面油接触角分子动力学模拟、油在纳米通道阵列中的流动特征研究以及纳米通道阵列中非稳态水驱油流动特征研究。通过本文的分子动力模拟及实验结果表明:利用分子动力学模拟作为手段,进行固体壁面上油接触角模拟,发现在纳米级尺度下,壁面厚度和油滴分子数对油滴接触角影响不大,油滴接触角随着壁面相互作用势能的增大而线性减小。纳米通道阵列中油的流动特征实验表明:单相油在纳米通道中的流动符合传统Hagen-Poiseuille方程所描述的线性特征,但实验体积流量小于理论体积流量;边界层占比随着压力梯度的增大而非线性降低,并最终趋向于一个定值,当剪切速率趋近于0时,实验结果与理论相符:边界层占比等于1,且小剪切速率时,边界层占比随着剪切速率的增大而迅速降低,大剪切速率时,边界层占比随着剪切速率的增大而缓慢减小,并趋向于不变;当压力梯度相同时,阻力系数比随着管径的增大而减小,且在同一纳米通道中,阻力系数比随着压力梯度的增大而减小并趋向于一个定值;单相油在纳米通道中的流动存在拟启动压力梯度,且拟启动压力梯度随着纳米管径的增大而减小。纳米通道阵列中非稳态恒压水驱油流动特征实验表明:纳米通道中水驱油的体积流量随着驱替时间的增加整体上呈现非线性减小的特征,且流量始终低于相同条件下的单相油和单相水的体积流量;纳米通道中水驱油过程中存在明显流量波动区域时间,波动时间长度随着管径的增加而减小;纳米通道中水驱油变化特征与超低渗以下的柱状标准岩心水驱油变化特征类似,可作为超低渗油藏水驱开发及产量预测的辅助手段,为从事相关研究的学者开展进一步的深入研究提供参考。
【图文】：

生物体系,微结构,物质,尺寸

图 1-1 微结构尺寸与相对应的生物体系物质图Fig 1.1 microstructure size and corresponding biological system material graph在经典力学中，一般认为固体表面的液体分子与固体表面的相对运动速度为零即无滑移边界条件假设[3-5]。近年来，随着微纳米测试技术、微纳米科技及相关领域科学技术的飞速发展，学者发现无滑移边界条件假设在某些情况下不再成立，，即边界滑移在许多情况下有可能发生，如在纳米级光滑通道的疏水壁面[6-10]，甚至是亲水壁

国内研究,发展状况,纳米

由于实验和观测的手段及技术的限制，对于微纳米尺度下的研究，大部分仍集中在微米级别，纳米尺度下液体流动特征的实验研究论发展的步伐，理论结果需要实验结果的进一步验证。米液体流动国内外研究进展纳米液体流动特性实验及理论研究，国内外学者作了大量的研究工作，及国外学者针对纳米液体流动特性的研究状况进行了调研，对当前纳米研究状况进行了分析和总结。纳米液体流动国内研究进展纳米液体的流动特性，国内学者开展以一些相关方面的研究。本文利用以“纳米液体流动特性”作为主题进行检索，检索到的相关文献按照学科划在动力工程、材料科学、力学、航空航天科学工程以及石油天然气工程状况随年份变化的特征如图 1-2 所示。从图 1-2 中可以看出，我国针对特性的研究起步较晚，研究状况整体上呈现为：随着年份的增加研究的断增加。到现在为止，2017 年的纳米液体流动特性研究数量最多为 32
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE31

【参考文献】