多孔介质中流体流动的格子气自动机模拟

介绍了 13-Bit正六边形多速格子气自动机模型的特点 ,讨论了多孔介质流体流动的格子气自动机模型的渗透率等参量算方法 ,应用该模型对计算机产生的多孔介质几何构型和焦炭多孔介质中的流体流动进行了模拟 ,其结果既可以给出多孔介质中的流动细节 ,也可统计得到表征多孔介质宏观流动特征的物理参量 .初步研究表明 :格子气自动机模型可用于模拟复杂边界条件下多孔介质的流体流动     

多孔SiC中黏弹性流体的流变性数值研究

为研究黏弹性流体在多孔SiC中流变行为,将多孔SiC的骨架建成十四面体结构单元的阵列,利用POLYFLOW计算流体力学软件,黏弹性流体的本构方程采用PTT模型,主要研究黏弹性流体流经多孔SiC的法向应力及剪切应力随松弛时间、多孔介质孔径以及流速变化规律,以及剪切速率的分布特点。黏弹性流体弹性越强,孔道结构对其作用的应力越大,从而使聚合物分子链发生断裂的几率越大。     

大孔隙率多孔介质内热弥散现象数值模拟

采用Surface Evolver泡沫演化动力学软件构建理想的大孔隙率多孔介质的几何模型:Weaire-Phelan模型。通过对有效热导率的计算,确定了该模型的适用范围。在此基础上优选两组几何参数作为计算依据,流体相分别采用空气和水,固体相为铝T-6201,通过数值模拟,研究了孔径、Darcy速度和流-固热扩散系数比的影响。数值计算结果表明:孔径越小,热弥散效应越强,流体本身的热物性对弥散的影响越明显;横向分量远小于纵向分量。当工质为气体时,横向分量可以忽略不计,最后得到了计算纵向与横向热弥散系数的经验关联式。     

大孔隙率多孔介质内热弥散现象数值模拟

采用Surface Evolver泡沫演化动力学软件构建理想的大孔隙率多孔介质的几何模型：Weaire-Phelan模型。通过对有效热导率的计算,确定了该模型的适用范围。在此基础上优选两组几何参数作为计算依据,流体相分别采用空气和水,固体相为铝T-6201,通过数值模拟,研究了孔径、Darcy速度和流-固热扩散系数比的影响。数值计算结果表明：孔径越小,热弥散效应越强,流体本身的热物性对弥散的影响越明显;横向分量远小于纵向分量。当工质为气体时,横向分量可以忽略不计,最后得到了计算纵向与横向热弥散系数的经验关联式。     

施加温度场的多孔介质中超临界流体流动特性模拟

为了研究温度场作用下超临界流体在多孔介质流动中“可调”性质的变化特性,针对各向同性多孔圆柱体建立了多孔介质中超临界流体的流动与传热耦合传递过程数学模型。在均匀加热和非均匀加热条件下,采用COMSOL Multiphysics3.3a软件对模型方程进行数值求解,研究了超临界CO2注入砂床过程中流体“可调性”随局部压力和温度耦合变化的特性。研究表明,非均匀的线性加热条件可以改变近壁区的流动特性,使多孔介质内在近壁处的流体速度沿流动方向趋于平均,在一定程度上加速壁面处滞缓的流体;超临界流体相对密度等性质的分布特性主要受计算区域中温度和流速影响而发生较大变化。施加温度梯度的作用可以成为调控多孔介质中超临界流体“可调性”的手段。     

多孔介质内流体流动的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法模拟多孔介质内的流动过程,通过预测渗透率,比较了单松弛模型、多松弛模型和熵格子模型在多孔介质计算中的优劣,为研究多松弛模型中各自由参数的影响,选择了12种组合进行模拟,此外,还将大涡模拟与格子Boltzmann方法相结合模拟了多孔介质内高Reynolds数下的流动及流型的转变。结果表明：单松弛模型和熵格子模型预测的渗透率随黏度逐渐增大,而多松弛模型得到的结果随黏度变化很小,另外,多松弛模型中不同松弛参数的组合对结果有较大的影响,通过比较推荐了模拟多孔介质时的最佳组合,计算结果与经验公式吻合较好。大涡模拟与多松弛模型结合较好地预测了多孔介质内流型的转变,Reynolds数越大,多孔介质内的涡越多,并且变大。     

多孔介质中超临界流体可调特性的模拟与分析——温度梯度的作用

多孔介质中超临界流体的可调性与流体流动与传热耦合过程密切相关.今针对各向同性二维正方形区域建立了多孔介质中超临界流体的流动与传热耦合传递过程数学模型.以超临界CO2为模型流体,采用COMSOL Multiphysics软件对模型方程进行数值求解.分析和讨论了多孔介质中温度梯度对超临界流体的流动特性和传递性质的影响特性.研究表明:温度梯度显著地影响计算区域中流体的速度分布,近加热壁区的流体出现了速度的加速层.流体的动力黏度和导热系数等性质的分布特性也受计算区域中温度梯度的作用而存在极小值,导致局部流动性能的提高和传热性能的下降.对于多孔介质中超临界流体的可调性,可通过边界上的温度梯度加以调节和控制.     

流体横掠多孔介质流动稳定特性研究

采用谱方法对流体横掠多孔介质层的流动稳定特性进行了研究。分析了雷诺数变化时特征值的运动轨迹和对应的特征值速度扰动分布,并进一步研究了临界雷诺数与渗透率之间的关系。结果表明:在渗透率较大时增大雷诺数会使特征值图谱中出现新的特征值,且新增加特征值对应的速度扰动分别发生在自由流体与多孔介质区界面处以及多孔介质区内,并且在较小渗透率下,临界雷诺数的数值变化较为明显,通道内流体的流动稳定性更好。     

基于COMSOL的多孔介质热-流-变形耦合数值模拟

针对在稠油热采过程中,将高温高压流体注入油藏多孔介质所引起的岩石骨架变形、储层压力增大和油藏温度变化等问题,基于达西定律,应用连续介质力学和能量守恒定律,建立了稠油热采过程中的热-流-变形耦合方程,对基于REV尺度建立的多孔介质进行数值模拟计算和分析。结果表明：增加渗透率对多孔介质的效果优于增加入口温度和压力;增加入口压力能够增加热量传递速度;增加入口温度会导致骨架变形量增大,岩石破裂。     

多孔介质内颗粒流动特性的格子Boltzmann模拟

地下岩石孔隙中小颗粒的运移和沉积会使得储层渗透性能降低,影响石油开发。为了探究悬浮颗粒在多孔介质中的流动过程,采用格子Boltzmann方法对三维多孔介质内流体和颗粒的运动过程进行了数值模拟,采用有限体积颗粒法构建多孔介质中骨架颗粒和悬浮颗粒。通过Half-Way反弹格式实现流体与颗粒间的相互作用,考虑孔隙结构、入口流速、孔隙率和颗粒直径对颗粒流动特性的影响,探究颗粒的运移和沉积规律。结果表明,入口速度对不同孔隙结构下颗粒的运动作用显著。随着入口速度增大,颗粒与颗粒、孔隙壁面以及流体之间的动量和能量交换作用增强,缩短了颗粒的运移路径,颗粒沉积率逐渐变小,颗粒拟温度增大。孔隙率的下降强化了颗粒间的碰撞,孔隙率由0.581降低至0.400,使得颗粒拟温度提升至9倍。颗粒拟温度随颗粒直径的增加而增加。但随着孔隙率增加,颗粒轴向速度增加,颗粒最高轴向速度可达入口流速的11倍,而颗粒接触力降低。     

黏弹性流体环空内的起动流分析

利用分离变量法得到了Maxwell型黏弹性流体在环空内起动流时的解析解,并对其流动特性进行了计算和分析。结果表明,黏弹性流体在环空内的起动流呈现出周期性的、衰减的振荡流特点,环空内的速度剖面在不同时刻呈现出不同的规律,并且在流体弹性效应较强时,环空内有可能出现暂时的逆流现象。环空内不同位置处的振荡规律是不同的,环空中央附近的振荡强度要强于壁面附近的。流体的弹性效应越强,振荡幅度越大,趋于稳定的时间就越长。随着时间的延续,流体的弹性对速度剖面的影响逐渐减弱。环空间距对振荡流有抑制作用。间距变小,将使振荡流的振幅减小、频率增加,平均速度的稳定值减小。     

黏弹流体挤出胀大行为的研究进展

介绍了聚合物挤出胀大的理论机理及数值模拟,并综述了最近几年黏弹流体挤出胀大行为的研究进展。最后指出目前存在的一些问题,并展望发展前景。     

多孔介质/纯流体耦合区域内可压缩气体的流动

采用统一形式的修正N-S方程描述多孔介质/纯流体耦合区域的流动,提出了方程中用于处理多孔介质内流动的源项确定方法,并利用成熟的CFD技术对圆管内具有前后台阶的耦合区域内可压缩气体的流动进行了数值模拟,得到了与实验吻合的计算结果.     

致密破碎多孔介质渗透率测量方法

基于均匀各向同性多孔介质、达西渗流和理想气体假设,考虑Klinkenberg效应建立了针对具有纳米尺度孔径的低渗透率多孔介质中的渗流模型。针对致密球形破碎样品的压力脉冲实验,建立了相应的边界条件,同时利用有限差分方法获得其实验腔的压力变化曲线的数值解。通过对渗流方程进行量纲1化,引入了与孔隙率、渗透率和滑移参数有关的量纲1参数Z、Z*和bK。通过改变参数Z、Z*和bK研究了样品边界处压力的变化规律,给出了一种数据处理方法,对于致密球形破碎多孔介质的压力脉冲实验,通过对实验测量的样品边界处压力曲线的分析,结合偏微分方程正问题的数值解,可以确定样品的孔隙率、渗透率和滑移参数,从而更为简便地分析压力脉冲衰减曲线实验数据,得到致密多孔介质样品渗透率。     

黏弹性复杂流动的微观-宏观确定性模拟

Deterministic simulation approach was applied to simulating viscoelastic complex flows,in which,the SIMPLE algorithm based on collocated grid was used to solve the conservation equations on the macroscopic level and the spectral method was used to solve the Fokker-Planck equation on the mesoscopic level.Here,the transient 4∶1 planar contraction flow for dilute polymer solution was computed by using the coupled technique and the calculated polymeric stress distributions at steady state were identical with the results of continuum approach as well as the corresponding references.Therefore,the presented results indicated that the SIMPLE algorithm based on collocated grid coupled with the spectral method can be used to simulate viscoelastic complex flows effectively.Moreover,the influence of Deborah number and viscosity ratio on polymeric stress was also investigated.     

致密破碎多孔介质渗透率测量方法

基于均匀各向同性多孔介质、达西渗流和理想气体假设,考虑Klinkenberg效应建立了针对具有纳米尺度孔径的低渗透率多孔介质中的渗流模型。针对致密球形破碎样品的压力脉冲实验,建立了相应的边界条件,同时利用有限差分方法获得其实验腔的压力变化曲线的数值解。通过对渗流方程进行量纲1化,引入了与孔隙率、渗透率和滑移参数有关的量纲1参数Z、Z^*和b_K。通过改变参数Z、Z^*和b_K研究了样品边界处压力的变化规律,给出了一种数据处理方法,对于致密球形破碎多孔介质的压力脉冲实验,通过对实验测量的样品边界处压力曲线的分析,结合偏微分方程正问题的数值解,可以确定样品的孔隙率、渗透率和滑移参数,从而更为简便地分析压力脉冲衰减曲线实验数据,得到致密多孔介质样品渗透率。     

烧结型多孔管管内流动沸腾传热数值模拟

建立了烧结型表面多孔管多孔层的理论模型,应用Fluent软件对去离子水在烧结型表面多孔管和光滑管竖直管内的流动沸腾进行数值模拟,得到了不同流速下的气相体积分布云图和压力场云图,并利用场协同原理分析了管内的速度、温度场.结果表明,烧结型表面多孔管具有良好的强化沸腾传热性能.同时并未大幅度增加管内压力降.此外还分析了不同体...     

聚合物多层共挤成型离模膨胀过程的三维黏弹性数值模拟

共挤成型中,聚合物黏弹特性与过程参数波动的耦合作用会产生波动的离模膨胀,使得根据共挤制品的形状设计相应的共挤定型口模在工程上仍是一项技术挑战。基于这一技术问题,通过建立的稳态有限元数值算法,系统研究了过程参数和黏弹性流变性能参数对共挤成型离模膨胀的影响规律和机理。研究结果表明,多层共挤口模芯壳层熔体离模膨胀是由熔体的二次流动引起,主要取决于芯壳层熔体二次流动的方向与强度。熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动的强度则与第二法向应力差大小呈正比。芯层熔体的离模膨胀与口模出口和混合区进口处芯层熔体向外的二次流动强度呈正比,而壳层熔体的离模膨胀取决于壳层熔体内外界面向外的二次流动的相对强度。研究还表明芯、壳层熔体及口模整体的离模膨胀随着壳层熔体黏度的增大而增加,而随着壳层熔体进口流量的增大而减小。     

多孔介质电渗流动计算流体力学模拟与实验研究（Ⅰ）多孔介质电渗流动的CFD模拟

采用周期性空间模型描述多孔介质,根据电动力学理论及计算流体动力学方法对多孔介质内的电渗流动行为进行数值模拟,得到多孔介质孔内与颗粒表面可视化的流场,并对比了多孔介质中压力场驱动与电场驱动的流体流动特性,显示出电渗在强化固体表面流体流动所具有的优势.