考虑多孔介质渗透率变化的宾汉流体渗透注浆扩散模型

渗透注浆是一种广泛应用于岩土多孔介质加固的方法,但已有基于浆液流变方程和平衡方程的研究,侧重分析浆液本身性质如黏度时变性、滤过效应、自身重力等对渗透注浆扩散范围的影响,尚未考虑浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,导致现有理论解析结果与试验测试结果相差较大。因此,基于黏性流体的运动方程、连续方程和平衡方程,引入浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,推导获得多孔介质渗透率随介质孔隙特性、注浆施工参数和注浆扩散半径的函数解析表达式,据此建立考虑多孔介质渗透率变化的浆液扩散控制方程。与已有理论结果对比表明,考虑浆液流动阻力影响的理论结果更接近试验结果,可以验证该理论方法的有效性。参数分析结果表明:考虑浆液在孔隙内的流动阻力时,岩土多孔介质渗透率随注浆时间的增加呈现先迅速降低后缓慢上升趋势,随注浆压力的增大呈现逐渐下降趋势;对于工程中常见的符合宾汉流体性质的水泥浆液材料,当注浆时间小于5 min时,多孔介质渗透率变化是影响浆液扩散的主控因素,超过7 min后,浆液黏度时变性成为主控因素。研究成果能为岩土多孔介质渗透注浆工程实际中注浆参数选取和质量控制起到良好的理论指导意义。

三维小球随机堆积多孔介质内黏弹性流体流动数值模拟分析

复杂流体在多孔介质内的流动广泛存在于自然界和工业生产中,研究复杂流体的非牛顿特性对多孔介质内流动的影响具有重要的意义。基于黏弹性流体本构方程,对三维颗粒随机堆积的多孔介质模型进行研究,获得了流体流变性质对多孔介质内流动特性的影响规律。研究发现,流体的流变性质对多孔介质流场内流动的压力降和渗透率等有着显著的影响。对于黏弹性流体来说,随着弛豫时间的增大,即流体的弹性增强,导致流场内压力降减小,渗透率增大;当表征剪切稀化效应的迁移因子增大时流场内部压力降减小,渗透率增大。

基于LBM的通道内多孔介质交界面滑移效应研究

多孔介质与流体所构成复合区域内流体流动现象在自然界及社会许多行业之中广泛存在,研究含多孔介质通道内流体流动的问题具有重要意义。文章基于格子Boltzmann方法对局部填充多孔介质的通道内流体流动进行模拟,研究了不同工况条件下对多孔介质区域与纯流体交界面处的滑移效应变化规律,并采用编程进行数值模拟及结果验证,分析了不同Re数和孔隙率对多孔介质区域与纯流体交界面处的滑移效应。结果表明:速度滑移系数α始终为正,应力滑移系数β始终为负值;速度滑移系数α和应力滑移系数β的数值随Re数和孔隙率ε增大时的变化趋势不同,但滑移效应的变化趋势相同,即速度滑移效应和应力滑移效应都随Re数的增大而增强,随孔隙率ε的增大而减弱。

基于多孔介质方法的钠冷快堆冷却剂沸腾现象模拟

基于两流体六方程模型针对钠的气液两相分别构建守恒方程,采用蒸发冷凝模型表征两相质量交换,分别使用显式和隐式处理方法对蒸发冷凝模型进行计算,同时考虑了Sobolev阻力模型、两相对流换热模型以及相间动量交换等本构关系,开发了适用于模拟钠冷快堆冷却剂沸腾的多孔介质分析方法,利用KNS-37失流实验L22工况数据进行了对比验证,并利用L29工况流量数据验证模型的适用性。结果表明,所建立的钠沸腾多孔介质分析方法可以较好地模拟钠冷快堆沸腾现象,预测沸腾发生时间在6.3 s左右,与实验相差0.2 s,温度和流量的总体变化趋势与实验数据吻合较好。

应用XCT断层扫描技术和GAN深度学习模型的多孔介质微观结构定量研究

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技术,结合前沿的机器学习算法重建和定量分析多孔介质微观结构,可快速、批量创建高分辨率的复杂多孔介质研究样本。首先采用XCT技术,提取石英砂和散装土壤两类典型多孔介质的微观孔隙结构;而后基于生成对抗神经网络(GAN)模型重构复杂多孔介质的微观空间结构,与XCT扫描图像进行交叉验证;最后,计算获取Minkowski形态学参数,并基于多孔介质微观结构开展计算流体力学(CFD)数值模拟,计算石英砂和土壤多孔介质内的流动特征和渗透率。结果表明:1)GAN生成的合成数据与原始数据符合KS同分布,说明GAN能够成功合成与原始图像结构空间分布模式一致的图像;2)Minkowski宏观参数评价误差的较小,KS同分布结果表明,多孔介质样本的结构异质性会在一定程度上影响GAN模型的计算精度和效率;3)Open FOAM模拟计算得到的渗透率结果表明,GAN模型生成的多孔介质图像与原始图像具有一致的统计特征和物理性质。综上,综合运用前沿的XCT扫描、图像处理技术和机器学习算法,构建了土壤微观结构重建和定量分析模型,并结合多孔介质形态学和计算流体力学方法对模型进行了验证和分析。该研究为多孔介质微观结构研究提供了新技术和新方法,为进一步研究复杂多孔介质内溶质运移提供了科技支撑。

多孔介质中流体不稳定界面的分枝现象

本文通过理论分析和数值实验发现多孔介质中流体不稳定界面的分枝主要取决于无量纲参数C_1和S的值。对C_1取值范围内任一给定的值,存在S的一个临界值S_1,使当1<S<S_1时,平面界面受任一小扰动后都不会发展成分枝,当S>S_1时,平面界面受小扰动后就有可能发展成分枝。S_1随C_1的减小而增大。存在C_1的一个临界值C_1~*,对取值范围内任一给定的C_1>C_1~*,还存在S的另外两个临界值S_2和S_3,使当S_2<S<S_3时,平面界面受任一小扰动后都会因出现分枝而不能发展成长指形。S_2随C_1的减小而增大,S_3随C_1的减小而减小。在C_1>C_1~*情形,当S_1<S<S_2或s>s_3时,或在C_1>C_1~*情形当S>S_1时,界面是否会发展成分枝则还与扰动形式有关。此外,本文还通过任意界面的线化稳定性分析和频谱分析得到了界面发生分枝的必要条件。

流体粘弹性对多孔介质孔隙内流动影响的数值模拟研究

复杂流体多孔介质内的流动广泛存在于自然界和工程中,复杂流体的特殊流变性质会对多孔介质内流动产生影响。基于典型粘弹性流体本构方程,针对流体粘弹性及剪切稀化效应对其在多孔介质内流动特性的影响进行研究,发现流体粘弹性和剪切稀化对于多孔介质内流场以及流动的压降和渗透率均具有显著影响。流体弹性的增强会使多孔介质内孔喉处的速度和流量增大,即孔喉的导流能力增强,进而使得多孔介质的渗透能力增强,因此渗流流体的高弹性助于流体在多孔介质内的输运。当流体弛豫时间增大,即弹性增强时,孔隙内压降减小,孔隙整体渗透率增大,并且在溶剂粘度比较低时,压降的减小和渗透率的增大更为显著,即渗流能力更强。剪切稀化效应的存在会导致孔隙内压降减小,孔隙整体渗透率增大,并且剪切稀化效应越强,孔隙内压降的减小和孔隙整体渗透率的增大越显著,渗流能力越强。

陕西科技大学在多孔介质多相渗流强化采油机理方面研究取得新进展

近日,陕西科技大学机电工程学院教授袁越锦、副教授和龙团队在多孔介质中多相渗流强化采油机理方面研究取得系列成果,在流体力学TOP期刊Physics of fluids(中科院一区)发表系列论文4篇。多孔介质中水气交替驱指进特性及调控:为克服传统驱油效率低、CO_(2)驱前沿不稳定、易出现指进等缺点,采用水-CO_(2)交替驱技术稳定驱替前沿,获得更高的驱替效率。探究了两相及三相指进的形成、发展及转变规律,发现了两相指进模式与三相指进模式的显著差异,定义了油-水-CO_(2)三相指进典型状态,揭示了驱替模式转变的力学机制。

幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性研究

研究了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性,通过边界层动量积分法求解了Brink⁃man-Darcy流动模型的动量方程,得到了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的无量纲速度分布。计算分析发现,未填充多孔介质区域的无量纲速度和速度峰值随填充厚度的减小先增大后减小,填充厚度较厚时:随达西数与幂律指数的减小而增大;随着填充厚度减小,达西数对速度峰值的影响减弱,速度峰值随幂律指数的减小而减小。

流体饱和两相多孔介质动力反应分析的显式有限元法

根据Biot流体饱和两相多孔介质波动方程 ,采用解耦技术 ,提出了分析流体饱和两相多孔介质中动力反应的显式有限元法。根据所推公式 ,编制了计算程序并进行了实例计算。计算结果与解析解对比 ,两者符合非常好 ,表明本文方法是处理流体饱和两相多孔介质动力问题的一种非常有效方法。

含流体多孔介质的BISQ模型

ＢＩＯＴ流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中固一流相互作用的两种重要力学机制，它们作为一个耦合过程同时对声波或弹性波的衰减和频散产生影响。传统方法将这两种力学机制分开、单独处理，并建立了基于宏观描述的ＢＩＯＴ理论和基于单个孔隙结构的喷射流动理论，这些理论在实际应用中暴露出很大的局限性。Ｄｖｏｒｋｉｎ和Ｎｕｒ（１９９３）将ＢＩＯＴ流动机制和喷射流动机制综合起来，提出了统一的ＢＩＳＱ模型［１］，这种ＢＩＳＱ模型将基于微观水平的喷射流动机制与固体和流体宏观性质联系起来，建立了弹性波相速度和衰减与固相弹性常数、孔隙率、渗透率、饱和度、流体黏滞度、压缩性、频率以及特征喷射流动参数等之间的关系。对 ＢＩＳＱ模型的综合研究表明：ＢＩＳＱ模型中的喷射流动机制是造成弹性波强衰减、高频散的主要原因；ＢＩＳＱ模型能更真实地预测波的衰减和频散，在采油动态监控和拾取渗透率等各向异性参数方面具有巨大的应用潜力，值得作进一步的研究和开发。

论多孔介质中流体流动问题的数值模拟方法

简要介绍了多孔介质中流动问题的数值模拟方法及其发展现状 ,对各种方法的优劣及适用范围进行了评价。对多孔介质纯流体耦合流动区域的数值模拟方法及发展现状进行了综合对比。多孔介质模型方法可以用于多孔介质中流体流动问题的数值模拟 ,并且非常适于进行多孔介质纯流体耦合流动区域的数值模拟。

颗粒堆积多孔介质内幂律流体的流动阻力特性

为深入研究幂律型非牛顿流体在均匀球颗粒堆积多孔介质内流动的阻力特性,基于经典Carman-Kozeny-Blake模型及孔喉通道模型,提出一个新的预测模型.针对幂律流体的流变特性,利用平均水力半径理论,得到了于迂曲度、孔隙率、孔喉比、颗粒直径及幂律指数等重要参数修正的Ergun型方程表达式,且方程中的系数表达式A、B等各物理量都有明确的物理意义.对所建模型与文献中的理论模型及实验数据关联式比较的结果表明,新模型在一定流态区间内的阻力预测值与文献吻合较好.给出了幂律流体的临界雷诺数、修正渗透率及惯性系数的关联式.

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

流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界

基于Biot流体饱和多孔介质本构方程,分别考察具有辐射阻尼性质的外行柱面波和球面波在圆柱面和球面人工边界上引起的法向、切向应力的表达式．在应力表达形式上,固相介质和孔隙流体的法向和切向应力都是由两项组成,它们分别与质点的位移和速度成正比,因此,可在人工边界的法向和切向设置连续分布的并联弹簧-黏滞阻尼器,用来模拟人工边界以外的无限域介质对来自有限计算域的外行波动的能量吸收作用,从而形成了流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界．流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界可方便地与大型通用软件结合,用于分析饱和土中复杂的结构-地基动力相互作用问题．算例表明流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界具有较好的精度和稳定性．

流体饱和两相多孔介质拟静态问题的有限元解法

给出基于混合物理论的流体饱和两相多孔介质模型 ,该模型由一可变形固体相和一流体相组成。采用 Galerkin加权残值法导出求解拟静态问题的有限元公式 ,并编制了二维有限元程序。用程序分析了一维和二维问题 ,得到合理的结果。

复杂化学流体在多孔介质中的传质

化学驱油技术已从单一化学剂驱油发展到了复杂化学流体复合体系驱油．化学驱油过程中存在扩散、弥散、吸附、滞留、化学反应等一系列物理化学作用，影响化学剂在多孔介质中的传质过程．碱水驱油实验证明了单一化学剂在多孔介质中存在运移滞后；文中分析了上述物理化学作用，研究了复合体系各种化学剂的运移滞后及滞后差，指出综合吸附作用引起化学剂运移滞后，不同化学剂的运移滞后差导致色谱分离现象．在上述研究的基础上；提出了吸附对流扩散方程，得到了解析解．并用该解析解处理实验资料，求出了方程中化学剂运移滞后系数和综合扩散系数等相应的参数。可描述和预测复杂化学流体在多孔介质中的传质过程．

幂律流体饱和多孔介质通道中的黏性耗散效应

针对Darcy-Brinkman-Forchheimer流动模型,分析了幂律型非牛顿流体在填充多孔介质平板通道中强迫对流传热过程充分发展的黏性耗散效应,并比较了三个不同的黏性耗散项Darcy项、Al-Hadhrami项和Forchheimer项对流动传热率的影响。推导出了无量纲轴向流速分布和无量纲温度分布的计算表达式,并在恒热流边界条件下,利用经典Runge-Kutta法进行数值求解。模拟结果表明,布林克曼数Br、达西数Da、综合惯性参数F和幂律指数n等重要参数对无量纲温度分布有着较大的影响,同时发现不同的黏性耗散效应对流动传热特性也有着重要的影响。

流体饱和多孔介质参数反演的遗传算法

根据位移响应的理论合成应与实际测量数据相拟合的原则,将流体饱和多孔介质参数反演问题归结为非线性多峰函数的最优化问题。全局最优解的求解采用了遗传算法,克服了传统的优化法难于求得全局最优的困难。数值算例的实践表明了遗传算法的可行性和稳健性。