分形多孔介质的流动与传热格子Boltzmann模拟

针对多孔介质内孔隙的尺寸、分布及连通性等结构方面的复杂性和随机性,采用分形谢尔宾斯基地毯模型来实现不同孔隙率及孔隙构造,并利用双分布热耦合格子Boltzmann模型对工质的流动与传热过程进行了数值模拟。在此基础上,研究了同一孔隙结构物理模型下孔隙率和压降对渗透率的影响,探讨了同一孔隙率下压降与不同固相基质结构入口流量之间的关系,并探究了固相基质的热导率及孔隙结构在孔隙流动与传热过程所起的作用。结果显示：建立的数值计算模型能正确地描述多孔介质内的流场及温度场;不同孔隙结构及孔隙率的流线与速度云图反映了多孔介质内流线及流速的分布特征;通过增大压降及孔隙率,能够使渗透率得到提高;不同导热比及孔隙结构类型下的温度分布特征及其随时间的变化规律,能够为强化航空航天领域中相变储能材料的导热性能分析提供理论参考。     

低渗透孔隙-裂隙介质气体非线性渗流运动方程

已有的煤层气渗流研究基于达西定律,而实验表明低渗透介质气体渗流为非线性流。采用实验、理论与计算相结合的方法建立低渗透孔隙-裂隙介质气体非线性渗流运动方程。实验结果表明,低渗透孔隙-裂隙介质气体渗流曲线是从较低压力梯度下的凹形曲线至较高压力梯度下的直线,是连续变化的曲线,直线延长线不通过坐标原点,存在拟启动压力梯度。根据该普遍特征,建立了非线性渗流运动方程。其参数量纲与物理意义清楚,运动方程计算的理论曲线与实验结果吻合很好,达西定律是运动方程的特例,运动方程可运用于低渗透孔隙-裂隙介质气体渗流理论及开发计算研究。     

考虑裂隙的多孔介质中对流扩散现象的仿真模拟

为研究裂隙多孔介质中的对流扩散现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法从孔隙尺度下模拟了裂隙中孔隙水的流动过程,仿真实现了考虑裂隙时溶质穿透多孔介质的真实运移过程,并提出一种简化处理的两流区模型对穿透过程加以描述.计算中首先采用SPH方法求解纳维斯托克斯方程,建立能考虑复杂多孔颗粒边界的二维流场模型,并基于此模型进行了溶质穿透三种不同裂隙宽度的多孔介质的仿真实验.随着介质中裂隙宽度增大,裂隙区域流速与基质区域流速差增大,穿透曲线中早期穿透和拖尾现象越明显;采用两流区模型能够描述这一现象,但一般化的模型难以得到精确解,因此提出一种简化处理办法,并给出了该简化模型的解析解.结果表明,该简化模型能够很好地描述裂隙多孔介质中溶质的运移规律,并可反演得到裂隙流中对流扩散的相关参数.     

基于管径指数分布的毛细管束模型

岩土类孔隙介质的渗透性及其随外部物理化学环境的改变而变化的性质对于各类工程而言是非常重要的,然而至今多数描述上述性质的理论多是基于唯象学观点,无法从本质上解释此类材料的渗流本质特性及其随环境而改变的性质.在前人总结的孔隙数量随孔径大小呈指数分布的基础上,在不改变函数数学特性的前提下对其进行调整,使之严格符合数学分布函数的要求,并在此基础上建立了一个用于描述孔隙介质细观渗流特征的变孔径毛细管束模型.运用该模型从理论上探讨了水温对渗流的影响、达西定律上限、超限后流量计算及孔隙率对渗流影响等问题,最后通过实例计算了孔隙介质的渗透系数和临界水力梯度,并对相关结果进行了分析.     

煤层瓦斯扩散与渗流规律的初步探讨

借鉴石油天然气在孔隙裂隙二重介质中的渗流理论,依据相关的实验研究,结合煤层瓦斯流动的特点,建立了煤层瓦斯扩散与渗流的物理数学模型,并分析了其特点及今后的研究方向。     

非均匀孔隙介质采场气体稳定渗流的模糊解研究

在利用非均匀孔隙仙质采场气体稳定流动微分方程来揭示采场气体流动状态中，孔隙介质的渗透性系数的估计是非常困难的，并且精确的估计也是无意义的。本文提出了模糊渗透性系数的概念，并讨论了相应的模糊微分方程的近似解法，这为利用模糊预测技术预测采空区自燃发火趋势与位置提供了非常有用的分析工具。     

阻抗梯度变化介质的声学特性

阻抗梯度变化介质是从多层复合介质领域脱颖而出的一种声学介质,它是通过选取具有不同特征阻抗的材料,从阻抗匹配的角度组成特性阻抗成梯度变化的介质,从而获得更好的声学性能。针对水中声学介质的声传播问题,建立了阻抗梯度变化介质中的声传播模型,对其声学特性进行了研究,推导了阻抗梯度变化介质的反射、吸声系数的计算公式。通过仿真计算,将阻抗梯度变化介质与传统均匀介质的声学性能相对比,讨论离散计算中介质层数的选取原则。制备了阻抗梯度变化介质,进行了水下声学性能测量实验,实验结果表明:实验介质的阻抗具有良好的连续性分布能够满足实验要求,测量结果验证了阻抗梯度变化介质更小的反射系数和更大的吸声系数,为阻抗梯度变化介质在水声工程中的应用提供了理论依据。     

椭球体有攻角绕流对称面上三维层流边界层的数值计算

本文提出了求解回转体绕流初值问题的一种简便的新方法,并利用这种方法对椭球体的有攻角绕流进行了计算分析,讨论了来流攻角和椭球体几何形状对流动的影响,同时还对流动分离和周向回流进行了分析,计算结果与实验结果吻合良好.     

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼-卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、p-T相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型.该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果.     

孔隙介质渗透率的重正化群预计

孔隙介质渗透率与孔隙空间分布的几何结构密切相关.从孔隙分布的网络模型入手,应用重正化群理论与方法,提出了二维孔隙介质渗透率的预计新方法,并给出了一个预计渗透率的例子.预计结果比平均场理论和有效介质方法更接近于实际.     

砾岩油藏微观水驱油特征可视化研究：以克拉玛依砾岩油藏为例

多孔介质渗流的微观规律研究，又称为细观研究，指对不可见的孔隙孔道水平上的流动研究，它对揭示宏观渗流规律的本质，深入探求渗流过程的机理具有重要意义。由此研制出仿真可视化微观地层模型对砾岩油藏微观水驱油机理进行了较为深入的研究，得出了一些初步的认识。     

渗流无量纲运动方程的分析

利用渗流流体力学理论研究流体的渗流问题．在渗流运动方程的基础上，利用无量纲参数写出渗流的无量纲运动方程，并对渗流的无量纲运动方程进行分析．通过分析与比较可知，渗透阻力项在渗流运动方程中起着主导作用，而粘性力项和惯性力项相对于渗透阻力项通常都是非常小的，一般可以忽略不计；许多实际渗流一般不是小雷诺数流动．     

大庆东部高含蜡、含胶质石油在低渗介质内的流动特征

研究了低渗透油藏注水开发过程中流度随压力梯度的变化关系．分析了低渗透油藏内的胶凝结构,高分子石蜡、胶质和沥青质的特点及其对石油结构力学性质的影响．结果表明：注水开发非均质低渗透油藏时,油藏系统与外界进行着物质、能量和信息的交换．油藏内胶凝结构的形成、破坏和移动等均使得介质的稳固性和流体的均衡性起变化,在一定条件下,油藏内流度随时空在变化,因而渗流场产生突变     

拉格朗日描述在水平井渗流场中的应用探索——油气渗流力学教材增添内容之建议

针对齐成伟导出的无限大水平地层中每一流体质点流向有限长直裂缝的运动学公式,从油气渗流力学角度进行分析模拟,并在此基础上提出相应教学改革建议。从教材章节结构、学生需具备的数学基础、学生创新意识的培养、学生求真求美动力的诱发等角度,建议油气渗流力学教材应当吸纳该公式的推导过程及应用,此节内容应预留合理的授课学时。     

孔隙介质中HPAM交联性能的影响

聚合物溶液在通过孔隙介质时产生的剪切降解作用与流速有关,流速越大,剪切降解越严重。流经孔隙介质后的聚合物溶液的阻力系数和残余阻力系数明显低于原始聚合物溶液,交联效果也明显差于原始聚合物,产生弱交联需要更高的聚合物浓度和交联剂浓度。因此在室内评价调剖剂性能时,应考察在一定流速下流经孔隙介质后的聚合物的交联情况。同时也说明,聚合物驱产出液中的聚合物在一定条件下可以通过弱交联技术实现增加粘回注。     

非牛顿流体的差分方法研究

用解析方法求解非牛顿流体的流动方程是非常困难的,工程上通常采用有限差分方法对其进行数值求解。为避免用势梯度分量差分方法求解非牛顿流体渗流问题所带来的偏差,提出了求解非牛顿流体渗流问题的势梯度模差分方法;从理论上分析了势梯度分量差分方法存在的缺陷,即非牛顿流体的渗流微分方程与之相对应的分量差分方程不相容。最后以Ｂｉｎｇｈａｍ原油为例揭示了二种方法在数值上的差别。     

核磁共振法确定多孔介质的性能

核磁共振技术(NMR)是一种有力而安全的用于获取介质的空间分辨信息的方法。分析NMR数据的新方法能提供研究各种物理体系的机遇。本文讨论了核磁探针法的实验和分析进展。该方法用于定量评价表征流体和其在多孔介质中的流动行为。这种探针法的核心是辅助函数评价问题的求解,而这类问题的求解决依赖于用B spline表示法对未知函数的规整化和序列评估。     

嵌入不透水球体复合多孔介质渗流场分析

嵌入不透水球体的复合多孔介质广泛存在于地下水渗流领域,由于不透水球体的影响,多孔介质中的水在流经不透水球体时发生绕流,且距离球体越近绕流现象越明显。为求解该复合介质的渗流场和等效渗透系数,在球坐标系下采用非线性Brinkman-extended Darcy方程,以无穷远处单向来流均匀和球面不滑移条件作为边界条件,求解出球体周围渗流流速与压强的解析解。分析该解析解表达式可知,此复合介质渗流场流速和压强分布与多孔介质基质的渗透率和地下水动力粘滞系数有关。在此基础上对渗流场流速进行积分,求出了Darcy流平均流速,并将平均流速表达式与Darcy公式表达式进行对比,得出等效渗透系数表达式,并且理论证明球体与多孔介质的相对尺寸是影响复合介质等效渗透系数的最主要因素。最后以一定级配的砂作为多孔介质基质,用直径分别为4cm、6cm、8cm的三种有机玻璃球体作为不透水球体,自制试验装置,开展了嵌入不透水球体复合多孔介质的常水头渗流试验。试验中控制多孔介质基质的压实度来保证其渗透系数基本不变,改变填充在多孔介质基质中的不透水球体进行渗流试验,对每一个不透水球体分别进行三组试验,取平均值作为试验结果。试验结果与理论计算的等效渗透系数值误差较小,验证了所推求嵌入不透水球体复合多孔介质渗流场的正确性。     

Study of 3-D Numerical Simulation for Gas Transfer in the Goaf of the Coal Mining

In order to simulate field distribution rules,mathematical models for 3-D air flows and gas transfer in the goaf of the coal mining are established,based on theories of permeability and dynamic dispersion through porous media. A gas dispersion equation in a 3-D field is calculated by use of numerical method on a weighted upstream multi-element balance. Based on data of an example with a U type ventilation mode,surface charts of air pressure distribution and gas concentration are drawn by Graphtool software. Finally,a comparison between actually measured results in the model test and the numerical simulation results is made to proves the numerical implementation feasible.     

固定床反应器内化学反应渗流场的基本方程组

通过对固定床反应器内气体的化学反应过程、渗流流动过程、传热传质过程的分析与耦合，得到化学反应渗流场的基本方程组，详细推导了带有化学反应的渗流流动的能量方程，并对能量方程中各项进行说明，以氨的合成反应为例，写出了化学动力学各方程的具体形式。