热-流-固耦合渗流的数学模型研究

本文阐述热-流-固耦合渗流的数学模型。基于线性热弹性理论,介绍了饱和多孔材料多场耦合的完整方程组,包括渗流方程、本构方程和能量方程。并讨论了对它的求解内容及其在相关工程技术领域的应用。

油页岩原位注蒸汽开发的固-流-热-化学耦合数学模型研究

针对目前传统地面干馏油页岩技术中存在的高成本、高污染问题,提出了对油页岩进行原位注蒸汽开发的新方法.并利用太原理工大学研制的高温高压干馏釜对油页岩进行了高温高压蒸汽作用下油页岩干馏渗透实验.结果表明:高温高压蒸汽作用下油页岩会产生大量的孔隙、裂隙,从根本上提高了油页岩的渗透性;主要利用对流传热的方式,高效率地加热了油页岩并带走页岩油.同时,在复杂理论分析的基础上建立了油页岩原位注蒸汽开发过程中的固、流、热、化学耦合数学模型,包含了众多的耦合项作用,为分析解决油页岩原位注蒸汽开发过程中的复杂物理化学过程提供了理论依据.

蜡沉积凝析气-液-固变相态复杂渗流数学模型

含蜡凝析气藏开采过程中伴有凝析液、蜡析出呈气-液-固变相态多相复杂流动.在渗流机理的实验研究基础上,对气-液-固复杂渗流的数学模型进行描述,以期揭示伴有蜡沉积的凝析气-液-固变相态复杂渗流规律.根据相的变化受析蜡线、露点线的相态变化规律控制,分析相变特性会导致储层内油气饱和度的变化,揭示蜡沉积在多孔介质表面引起孔隙性质改变和气、液、固在储集层中的微观空间分布会影响凝析气的流动特征.在蜡沉积变相态渗流实验和渗流数学模型的研究基础上,引入蜡沉积数学模型、考虑毛管力和表面张力的相对渗透率模型等,建立了相应的多孔介质中气-液-固变相态多相流-固耦合渗流数学模型.数值模拟结果表明,蜡沉积可使部分区域孔隙减少,流动阻力增大.不考虑蜡沉积会对产量预测明显偏大,蜡沉积可使产量下降.该模型较好地反映了凝析气-液-固变相态复杂渗流的物理实质.

井眼周围可变形储层流-固耦合数学模型

基于该储层模型假设,运用岩石力学和渗流力学的有关理论和方法,建立了流-固耦合变形的本构方程、几何方程、平衡方程和渗流方程,导出了可变形储层的流-固耦合渗流与变形基本模型。该模型不仅考虑了介质变形对流体质量守恒和孔隙流动压力对介质变形平衡的影响,也考虑了变形对流体流动的影响以及岩石力学性质的动态变化特征。该模型可用于研究井眼周围储层的变形及渗流规律。

波-流共同作用下的三维悬沙输运数学模型

依据三维动量方程和连续方程,通过将流场和悬沙场分别分解成3种不同时间尺度的速度和悬沙浓度的叠加,从理论上较严密地建立了适合于河口海岸地区、能合理反映波浪影响的三维流场方程和波-流共同作用下的三维悬沙扩散方程,从而构成了研究波-流共同作用下三维悬沙输运的数学模型,为进一步研究波-流共同作用下的悬沙输运特性提供了理论框架.

煤层气产出过程中气-水两相流与煤岩变形耦合数学模型研究

气 -水二相流和煤岩变形耦合作用是煤层气产出过程中一种复杂的物理现象 ,为准确描述这一现象 ,本文建立了气 -水二相流和煤岩变形的微分方程 ,并用有限元分别将它们进行离散化 ,然后讨论了煤岩变形模型和气

锯材高频-对流联合加热干燥传热传质数学模型

本文以多孔介质传热传质理论为基础,结合高频-对流联合加热干燥过程中热质传递的机理及特性,通过质量、动量、能量守恒方程等建立了高频-对流联合加热干燥过程中锯材热质传递数学模型并给出相应定解条件。模型中每个自变量及因变量都有独立的控制方程,利用控制容积法建立相应控制方程的差分格式,将耦合偏微分方程按步骤解耦,以便于利用Matlab或FORTRAN等编程求解时,达到每个自变量均可以独立求解的目的。

弹性油藏中多相渗流的流-固-热耦合数学模型

基于对油藏中三大物理场 (流体力场、固体力场及温度场 )的系统分析 ,综合运用渗流力学、岩石力学、热力学理论 ,建立了一个全新的油藏渗流的流 固 热耦合模型。该模型假设岩石骨架是可变形的 ,油藏内热量按热力学定律自由传递 ,孔隙流体压力和热应力会导致岩石骨架的变形 ;反之 ,岩石骨架的变形又会导致储渗特性和孔隙流体压力的改变 ,还会导致温度场的改变。建立了安全耦合的流体渗流方程、岩石变形方程和温度场方程 ,三者之间互含耦合项 ,互不独立 ,只能联立求解。给出了模型的数值求解思路。该文所建立的模型实现了油藏中渗流、变形、变温三者间真正意义上的耦合 ,较之已有的油藏渗流模型更能反映油藏的实际 ,是对油藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发展 ,能广泛运用于石油工程许多领域 ,该模型同时也为编制流 固

2,3-丁二醇发酵过程中葡萄糖碳流分配数学模型

产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca在利用葡萄糖产2,3-丁二醇过程中,底物葡萄糖主要有7种去处:转化为生物量;通过TCA循环支路产生CO2和H2O;通过各发酵支路分别产生2,3-丁二醇、乙醇、乙偶姻、乙酸以及乳酸等代谢产物。在拟稳态假设的基础上分别利用ATP及辅酶平衡建立了该过程中葡萄糖碳流在这7条支路之间分配的数学模型,着重分析了氧气供给量对发酵过程影响的相关机制;并应用实验数据回归了模型参数,将模型预测值与实验值进行了比较。结果表明,模型预测值与实验值较吻合,该模型能较好地反映Klebsiella oxytoca发酵产2,3-丁二醇过程中葡萄糖碳流的分配规律,对利用溶氧合理控制代谢流分布具有一定的指导意义。

多孔介质流-固耦合渗流数学模型研究

有效应力是多孔介质力学中一个十分重要的基础概念之一,很多多孔介质力学问题的分析都建立在有效应力的概念之上,因此,如何正确地确定有效应力则是多孔介质有关力学理论成败的关键。 Terzaghi因其在土力学和地基处理工程领域中的卓越工作被称作土力学之父。他的重要贡献之一就是第一个提出了有效应力的计算公式,或者说建立了多孔介质有效应力原理。然而该有效应力原理在实际应用过程中出现了一些偏差,其原因可能在于该原理是在研究土力学时提出的,它可能仅适用于大孔隙、固体颗粒以点接触方式存在的土壤;而对于低孔隙度的土壤或致密岩石,颗粒之间的接触面积通常不能忽略时,仍需要在细观上考虑其结构性因素。 论文第1章在建立多孔介质的有效应力原理时提出,必须考虑其细观结构,并解析推导出了基于多孔介质之上的饱和多孔介质有效应力原理。该原理包含了孔隙度f 这一表征多孔介质结构特性的重要参数;并体现了孔隙流体与固体骨架对总应力的分担作用,分担比例为 f∶(1-f )。 第2章讲述的是该有效应力原理的一些工程应用研究,通过该研究取得如下成果:(1) 建立了上覆岩层压力、孔隙流体压力、基岩应力之间的解析关系式;(2) 推导出饱和土体孔隙度与孔隙水压之间的非线性关系式,该关系式与多孔介质的初始状态及?

碳酸盐矿-矿渣灌浆材料流变参数数学模型研究

研究了采用简单的分段Marsh时间表征碱激发碳酸盐矿-矿渣复合灌浆材料流变性的数学模型,把分段Marsh时间测试结果通过简单的模型计算与流变仪测定的流变性能结果相比较,寻找它们之间的对应关系。结果表明,通过简单分段Marsh时间测试所得到的流变参数,可以与用流变仪测试所得到的流变参数建立起形式为y=ax+b的数学模型。

煤层气热-流-固耦合渗流的数学模型

在煤层气的开采过程中 ,煤体变形与流体流动是相互耦合作用的。由于甲烷气的解吸热效应 ,煤层气的渗流又是一个非等温过程。因此对渗流场、变形场及温度场耦合作用下煤层气的渗流规律进行研究具有重要的意义。本文综合利用流体力学、岩石力学和传热学理论 ,给出了考虑温度场、流体渗流场和变形场作用下的水 -煤层气两相流体渗流理论 ,并给出其耦合求解的方法 ,通过数值模拟的方法 。

裂缝性砂岩油藏流-固耦合数学模型

本文考虑裂缝对砂岩油藏渗透率和岩土变形参数的影响 ,给出考虑裂缝影响下 ,油藏等效渗透率张量和等效岩土变形场参数的计算方法 ,从而建立油藏渗流和变形的等效连续介质模型。通过理论分析 ,给出渗透率与应变之间的耦合关系 ,建立油藏流固耦合的数学模型 ,并给出其计算的方法。

无量纲混相驱对流-弥散方程的数值求解

给出了混相驱对流-弥散方程的无量纲形式;采用高阶精度差分格式对其进行数值求解并应用于几个具体算例中。本文数值结果和算例给出的结果对比,充分验证了本文数值模型的可靠性和准确性。该数值模型可以用来研究诸如土壤或地下水污染物输运以及空气污染等领域里的传质问题。

静电传感器的均匀弥散流数学模型

静电传感器测量气/固两相流参数,具有结构简单,价格低廉等优点。而且在测量过程中可以实现真正的非接触测量。从理论上进行探讨静电传感器的数学模型,旨在推动静电传感器在实际浓度测量中的应用。从多颗粒角度出发建立了静电传感器均匀弥散流数学模型和绳流数学模型。并对其进行了仿真分析。

基于数学特征方程的冻土应力-应变模型分析

目的为了研究冻土的两种应力-应变数学模型产生拟合误差的原因.方法引入强度因子的概念,建立模型特征方程对传统双曲线和指数曲线应力-应变模型的数学局限性进行分析.结果研究表明,两种传统模型的数学特征方程均不独立;在初始切线模量和最终强度分别相同的情况下,双曲线模型的强度因子大于指数曲线模型的强度因子,双曲线模型的收敛速度小于指数模型的收敛速度.结论传统冻土双曲线和指数曲线应力-应变模型的拟合误差是由其各自的数学模型缺陷造成的,合理的应力-应变模型的数学特征方程应相对独立.

锅炉炉内流动的数学模拟——AS-F模型的应用

雷诺应力一湍流热通量代数方程模型(Algebraic Stress／Flux)，．简称As-F模型，是由雷诺应力一湍流热通量输运方程模型简化而来的．As-F模型保留了输运方程模型的基本特征，具有很强的通用性．同时，又在输运方程的基础上进行了较大的简化，具有较好的计算经济性，在许多领域得到了重视和应用．

石油沥青材料黏-温方程的对比及其数学模型的建立研究

通过测定两种不同原油生产的6个牌号石油沥青不同温度下黏度,对比16种黏度与温度关系的线性拟合关系,发现saal黏温方程并不是相关系数最高的线性方程。进一步通过相关系数最高的6个关系的斜率和截距进一步线性拟合,将一系列不同沥青不同斜率和截距的saal方程组转化成一个个具体的数学模型,该数学模型只通过一个温度下的黏度就可以实现60-180℃黏温关系的预测,是目前史上最简单的黏温关系数学模型。

热-流-固耦合非饱和渗流的物理描述和数学模型

研究了热-流-固耦合非饱和渗流的物理和数学模型.其中非饱和渗流部分考虑到水的蒸发-凝结这种相变过程,这是气液两相渗流.液相中含有溶解的空气,气相中含有空气和水蒸气,蒸汽在空气中作扩散运动.基于线化的湿-热弹性理论,建立了热-流-固耦合的本构方程、水和气体的渗流微分方程,以及能量方程.该完整的方程组可很容易推广到热-流-固耦合油-气-水多相渗流情形.

浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染模型研究

从三维对流-扩散方程出发,推导包含底泥污染的水质控制方程,并与浅水流动方程耦合,建立相应的浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染的数学模型。运用伽辽金加权余量法推导出数学模型方程组的有限元公式,开发了实时二维水动力、水质模型。利用模型计算玄武湖混合流、水质动态变化过程,结果与实测值较吻合,从而为浅水湖泊混合流、包含底泥污染的水质模拟提供了一种可操作的新途径。