悬浮微小颗粒在变温多孔介质内沉积特性的实验研究

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1、天津大学硕士学位论文悬浮微小颗粒在变温多孔介质内沉积特性的实验研究AnExperimentalStudyontheDepositionCharacteristicsofSuspendedParticlesinHeatedSaturatedPorousMedia一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：工程热物理作者姓名：栗超凡指导教师：戴传山教授天津大学机械工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不

2、包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要悬浮微小

3、颗粒在多孔介质中的沉积现象广泛存在于许多工业领域和自然界中，其特性研究在地热回灌、石油开采、地下污染物扩散与净化、水土保持、过滤系统等方面都有着重要应用价值与意义，也是目前许多工业应用领域中的一个重要研究方向。但以往的研究很少涉及多孔介质与悬浮流体间温度差存在对颗粒沉积所造成的影响，基于现在的研究背景，本文建立了沿管壁恒热流加热的渗流实验系统,以及试验段底部有恒热流加热及恒壁温制冷的静态实验系统,并进行了一系列的相关实验研究。论文包括实验研究和实验结果分析两部分。通过建立沿管壁恒热流加热的渗流实验系统，研究了悬浮颗粒在饱和多孔介质内以及入口界面

4、处的沉积和运移特性。着重研究了有无加热条件，以及不同加热温差，相同多孔介质和进口悬浮液浓度情况下，实验段入口界面处与内部的颗粒沉积量变化，以及沿程不同位置处的压力变化。并对实验过程中的渗流稳定性及各测点温度和多孔介质段渗透系数进行了分析。结果表明：相对渗透率kt/k0在不同温差下有明显不同；多孔介质与进口流体界面处的沉积量在本试验条件下随温差的增大而增加，沉积结构的稳定性降低；多孔介质段颗粒沉积强度随温差的增大而增大。通过建立试验段底部恒热流加热及恒壁温制冷的静态实验系统，进行了不同条件下温差存在时的可视化对比实验。对相同时刻微小颗粒沉积深度以

5、及沉积质量进行了测试研究，并对试验过程中多孔介质段温度场的稳定性进行了分析。结果表明：温度差、微小颗粒粒径、微小颗粒浓度、多孔介质材料粒径等因素均会对颗粒在多孔介质中的沉积形态和沉积质量产生较大的影响，实验条件不同各影响因素所占的比重也会随之有所不同；同时各个物理影响因素之间是相互联系、相互作用的，某一因素的改变也会使其它因素对沉积效果的影响发生变化。关键词：多孔介质；微小颗粒；界面沉积；温差；相对渗透系数IIAbstractParticledepositioninsaturatedporousmediaiswidelyrecognizedto

6、occurinbothindustryandnature,whichisanimportantandsignificantissueformanyapplicationssuchasgeothermalreinjection,oilexploitation,pollutantpurification,soilandwaterconservation,filtrationsystemandsoon,andit’sbeenanimportantissueinmanyscientificfieldsandindustrialapplications.

7、However,averyfewpreviousstudiesinvolvedtheimpactcausedbytemperaturedifferencebetweenporousmediaandsuspensionfluid.Basedontheabovebackground,weconductedaseriesofseepagetestsbyusingself-madeporoussectioninacylinderwithconstantheatfluxboundaryconditionalongthewall,andastaticexp

8、erimentsystemwasalsoestablished,ofwhichthebottomwallofthetestsectioncanbehe