基于VOF方法的RTM充模非饱和流动仿真算法研究

充模过程是RTM工艺的关键环节之一。本文针对RTM充模环节中非饱和流动过程的两相流仿真预测技术进行研究。首先分析了充模过程非饱和流动的形成原因,建立起统一的双尺度多孔介质非饱和流动数学模型。然后建立了孔隙为微米级的微观模型,采用VOF方法对其流动前沿进行跟踪。采用VOF和主从单元法相结合的方法,对孔隙为毫米级的宏观模型中树脂非饱和流动进行数值模拟。利用FLUENT对法兰盘的充模过程进行数值求解,验证该仿真算法的可用性。

复杂水力路径下非饱和流动的数值分析

多孔介质中的流动问题,与孔隙介质的特性,含水量状态以及含水量的变化历史密切相关。基于毛细循环滞回理论模型,考虑含水量变化历史对土水特征关系的影响,在开发的U-DYSAC2有限元程序中进行了相应的数值实施。在试验给定的初边值条件下进行了非饱和渗流模拟分析,并将模拟结果与实测数据比较,表明在压力边界条件反复变化下,考虑滞回效应能获得更接近实测的结果,证实该模型在模拟各种循环变化条件下非饱和土渗流初边值问题的适用性与必要性。对入渗重分布反复变化条件下非饱和土柱流动的数值模拟表明,考虑滞回与不考虑滞回条件下,含水量、孔隙水压力和湿峰的迁移的预测在入渗后的重分布过程差异较大。考虑滞回效应时,土柱上部的脱湿速率、下部的吸湿速率比不考虑滞回时要低。从而证实了非饱和多孔介质中的土水状态依赖于含水量变化,而且强烈依赖于土体的水力路径变化。因此,循环边界条件变化下,毛细滞回效应在非饱和渗流模拟中的影响显著,必须加以考虑。

采用复合单元法模拟裂隙多孔介质变饱和流动

采用复合单元法建立了模拟裂隙多孔介质变饱和流动的数值模型。该模型具有以下特点:裂隙不需要离散成特定单元,而是根据几何位置插入到孔隙基质单元中形成复合单元;在复合单元中,分别建立裂隙流和孔隙基质流的计算方程,二者通过裂隙-基质界面产生联系并整合成复合单元方程;复合单元方程具有和常规有限单元方程相同的格式,因此,可以使用常规有限单元方程的求解技术。采用欠松弛迭代、集中质量矩阵以及自适应时步调节等技术,开发了裂隙多孔介质变饱和流动计算程序。通过模拟一维干土入渗和复杂裂隙含水层内的流动问题,验证了该模型的合理性和适用性。模拟结果为进一步认识非饱和裂隙含水层地下水流动特性提供了理论依据。

一类非饱和流动的Fourier级数解(英)

本文研究带有抽取的非饱和流动中出现的一个非线性边值问题．利用互惠变换及HopfCole变换将问题化为一个移动边界问题，进而获得了Fourier级数解．

水平管道中LNG饱和流动沸腾两相传热

对水平LNG输送管道的LNG饱和流动沸腾传热现象进行数值研究。管道内部光滑,内径为8 mm。分别计算了管道入口压力从0.3到0.7 MPa、热流量范围为8-36 kW/m^2、质量流量范围为49.2-201.8 kg/m^2s。基于混合模型对所设计的几组工况进行数值计算。得出了蒸汽质量、入口压力、热流量和质量流量对传热热性的影响。结果表明：热流量显著影响着LNG的局部传热系数。随着热通量的增高,局部传热系数也变大。当质量流量较高时,局部传热系数受强制对流的影响较大。传热系数随着进口压力的增加而增大。当质量流量变高时,入口压力越大局部传热系数越低,随着进口压力的增大,进口压力对传热的影响在逐渐减弱。

树脂传递模塑工艺中的非饱和流动过程模拟与实验研究

针对编织类纤维增强体的纤维束之间与纤维束内孔隙的双尺度特点,建立了平纹织物的细观结构模型,并推导了汇函数的数学表达式。建立了局部细观流动特征的非饱和流动控制方程,利用有限元/控制体积方法求解,得到了局部饱和度分布。与实验进行比较,吻合较好。

注射条件对LCM工艺非饱和流动特性影响

双尺度多孔纤维预制体填充过程中延迟浸润的非饱和流动现象,对基于树脂流过区域为完全饱和区域的充模理论及模拟方法提出了挑战。通过控制体/有限单元(CV/FE)法结合沉浸函数实现了液体模塑成型工艺(LCM)中非饱和填充浸润的数值模拟,并对比了恒压下的实验结果,验证了其可靠性。分析讨论了注射口压力、流量和液体黏度对双尺度多孔纤维织物非饱和填充浸润特性的影响。结果表明:在允许误差内,该数值模拟结果可靠,可用于分析讨论各因素对双尺度多孔织物非饱和流动特性的影响;填充浸润过程中,纤维织物内部非饱和区域长度并非保持不变,而是随着填充浸润的进行经历了4个变化过程;不同注射条件下,压力、流量及黏度对非饱和流动特性影响不同。研究结果对合理控制注射条件及流体特性实现双尺度多孔纤维预制件的完全浸润具有指导意义。

液体模塑成型工艺二维径向非饱和流动数值模拟

通过引入沉浸函数建立了双尺度多孔介质非饱和流动模型,并采用有限元/控制体积法实现了恒压及恒流注射条件下液体模塑成型(LCM)工艺二维径向非饱和流动的数值模拟,得到了不同注射条件下纤维织物内的压力场分布及半饱和区域长度随时间的变化规律,并将双尺度非饱和理论结果与单尺度饱和理论结果进行对比。结果表明:非饱和流动过程中,半饱和区域内的压力和压力梯度明显下降;半饱和区域长度随时间逐渐增加随后保持稳定,当流动前沿到达出口后半饱和区域长度开始逐渐减小;当两个主方向渗透率不同时,沿主方向半饱和区域长度也不同,渗透率越大该方向的半饱和区域长度也越大,纤维织物完全浸润时间取决于较小的渗透率。研究结果对合理预测树脂填充过程中压力分布及纤维预制件的浸润具有指导意义。

双尺度纤维织物二维非饱和流动的数值模拟与实验

液体模塑成型工艺(LCM)中非饱和流动的填充模拟对于在虚拟空间中快速、高效地优化工艺参数具有重要意义。采用了一种模拟双尺度纤维织物在等温条件下非饱和流动的双尺度计算模型,通过引入沉浸函数求解宏观-微观流动控制方程组,同时考虑了在微观浸渍中毛细压力的影响,在有限元/控制体积算法中实现了对非饱和流动的数值模拟。随后对三向缝合纤维织物进行了二维径向填充实验,将实验结果与数值模拟的预测值对比。结果表明,该计算模型可以较精确地模拟双尺度纤维织物中的非饱和流动。在此计算模型的基础上,讨论了流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对非饱和填充浸润的影响。结果表明,不同流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对纤维织物填充过程中非饱和区域长度、入口压力曲线及填充时间影响不同。研究结果可以对合理预测纤维织物的浸润及树脂填充过程中入口压力提供指导。

凝析油临界流动饱和度确定新方法

凝析油临界流动饱和度是反映凝析油流动能力的重要参数,它对凝析油的采收率、气井的产能和稳产期均存在重大的影响,因此凝析油临界流动饱和度一直是国内外研究的热点问题。建立了利用长岩心驱替装置和色谱仪确定凝析油临界流动饱和度的方法,运用该方法对某实际凝析气藏真实岩心和C1～C5混合物流体进行了两组实验,测定的临界流动饱和度分别为3.04%和4.66%。凝析油的流动特征分析结果表明,凝析油的临界流动饱和度很低。两组实验的对比结果表明,多孔介质会导致流体露点压力升高,束缚水和增大压差都有利于凝析油的流动。最后,通过数值模拟研究验证了凝析油的临界流动,饱和度较低。

凝析气藏临界流动饱和度研究综述

在凝析气藏的开发过程中,随着地层压力的不断下降,在地层中会凝析出凝析油,形成气、液两相。只有当凝析油饱和度达到临界流动饱和度后,凝析油才开始流动。所以凝析油临界流动饱和度是反映凝析油流动能力的重要参数,它对凝析油的采收率、气井的产能和稳产期均存在重大影响。因此,凝析油临界流动饱和度一直是国内外研究的热点问题。从实验和理论方面综述了凝析气藏临界流动饱和度的确定方法,并综合分析了临界流动饱和度的影响因素。准确确定凝析油临界流动饱和度对凝析气藏的高效开发具有重要的指导意义。

考虑临界流动饱和度凝析气体系的吸附模型

在凝析气藏的开发过程中,流体处于地下多孔介质中,由于多孔介质孔隙壁面的影响,毛细凝聚现象必然存在,从而不可避免地会对反凝析过程产生影响,从而影响整个凝析气体系的相态特征。在考虑凝析油临界流动饱和度的基础上,改进了凝析气在多孔介质中的气液混合吸附模型,在以往的吸附模型中加入临界流动饱和度对吸附的影响这一条件,使得新的吸附模型更具有真实性,能更好的模拟多孔介质中凝析气体系的相态问题,并且对一个真实凝析气藏的相态作了计算。采用新建立的模型计算多孔介质中反凝析饱和度比不考虑多孔介质吸附时要大,气相摩尔分数减小,液相摩尔分数增加。

凝析气藏临界流动饱和度实验研究

一般认为,凝析气藏在衰竭开发过程中,当地层压力低于露点压力后,凝析油在地层中析出,当聚集到临界流动饱和度之后才会发生流动,但是,通过实验研究证实:当地层压力低于露点压力,凝析油析出后,在凝析油饱和度较低的情况下即可发生流动,且临界流动饱和度是在不断变化的。当凝析油饱和度达到临界流动饱和度以后,将有部分凝析油发生流动,但由于压力的衰竭,会有更多的凝析油析出,导致凝析油的饱和度仍会上升。而且,凝析油的流动与生产压差有关,当远离近井地带时,若生产压差较小,气相流速较小,即使凝析油饱和度达到临界流动饱和度,也不一定会发生流动,只有当生产压差达到一定值后,凝析油才会发生流动。研究结果可为凝析油提高采收率方案设计提供指导。

低渗、特低渗轻质油藏溶解气驱气体流动临界饱和度研究——以中原油田为例

气体流动临界饱和度是溶解气驱过程中的重要参数,以中原油田为例,利用PVT、长岩心物理模拟实验研究了低渗、特低渗两种物理模型的溶解气驱开发特征。结果表明,在地层温度、压力条件下,挥发性油藏低渗物理模型达到气体流动临界饱和度时所对应的地层压力(拟泡点压力)为饱和压力(泡点压力)的69.63%,此时气体饱和度为23.78%;黑油油藏特低渗物理模型达到气体流动临界饱和度时所对应的地层压力为饱和压力的47.84%,气体饱和度为30.90%;气体流动临界饱和度与拟泡点压力均异于现有文献资料中的数值。

基于饱和—非饱和渗流的煤层注水数值模拟及应用

针对当前同忻煤矿井下粉尘浓度偏大、工作条件恶劣以至严重影响该矿安全生产的问题,根据非饱和土渗流理论,提出采用comsol有限元数值模拟软件进行煤层注水方案优化,最后进行现场应用及效果测定。通过数值模拟得出同忻矿8103工作面的煤层湿润半径约为15m,在保持4°倾角条件下,其湿润范围最大。采用了新的注水方案后,工作面的粉尘浓度明显降低,其中采煤机中部和前滚筒下风侧10 m处的降尘率分别达到了19.55%、30.62%。

竖直环形流道内流动沸腾传热研究

在沸腾传热实验中,一般壁面的加热方式有电加热和流体加热两种,在两种方式下的沸腾传热特性存在差异.针对流体加热方式下的沸腾传热问题,采用水加热方法,对水在竖直环形流道内的流动沸腾传热特性进行了可视化研究,并结合环状流模型、液泛原理和紊流普朗特数理论,给出了传热计算模型.实验段环隙宽度有5和3 mm两种,质量流速分别为16.8～55.3 kg/(m2s)和15.3～62.1 kg/(m2s).实验结果表明,饱和沸腾区域以搅混流为主,液泛现象是搅混流形成的内在机理,搅混使传热得以增强;基于环状流模型的计算结果和实验结果符合较好.

非饱和土壤水—维水平运动方程的拟解析解及其验证

本文讨论了土壤水—维不饱和水平流方程的解析解问题．文中首先根据土壤水扩散率D与土壤含水量θ之间的经验关系．对原土壤水—维不饱和流方程作变量代换，将方程变为易于求解的形式，然后采用变量分离的方法并结合Boltzmann变换法进行求解．从而得出了解析表达式．同时这个解析解在土壤水—维水平不饱和流实验中得到了验证，从而证明了其解析表达式的正确性。

磁纳米流体对微细通道饱和沸腾CHF特性的影响

以去离子水和w(Fe_3O_4)=0.5%的磁纳米流体为实验工质,在3种不同尺寸的矩形微细通道内进行饱和流动沸腾传热实验,研究了流动沸腾传热过程中质量流速、有无磁场作用下的磁纳米流体对CHF特性的影响.结果表明:去离子水和0.5%的磁纳米流体的CHF值均随质量流速的增大而增大,且质量流速较小时,CHF值增幅较明显;无外加磁场时,0.5%的磁纳米流体的CHF值相比去离子水可提高71%~157%;0.5%的磁纳米流体的CHF值随着磁场强度的增加而增大,增加幅度约为4%~17.4%;将实验值与Kosar模型预测值进行对比,发现工质为去离子水和0.5%的磁纳米流体时平均绝对误差分别为25%、30%,而对Kosar模型进行修正后,平均相对误差均小于15%,实验结果预测性明显提高.

纤维预制体渗透率测量技术研究进展

纤维预制体渗透率张量作为复合材料液体成型工艺过程中树脂流动数值模拟的决定性输入参数,与树脂流动以及最终成品质量密切相关,是实现复合材料高质量和大批量制造的关键。本文根据流动状态(饱和或非饱和)、流动维度和测量方向(面内或面外)将渗透率测量技术分类,论述了相应条件下的渗透率测量技术以及研究进展,总结归纳了非饱和流动中流动前沿实时监测技术,分析了造成渗透率测量结果分散性大的影响因素,并阐述解决办法,最后提出未来发展趋势。

桥口气藏凝析油采收率研究

采用实际凝析气体系分别在PVT筒和实际岩心中进行了衰竭实验。研究结果表明,PVT筒比岩心中衰竭实验凝析油采收率低得多。为了探讨造成凝析油采收率差别的原因,首先测试了临界流动饱和度,继而做出了标准常规相渗曲线(氮气驱煤油)以及平衡油和平衡气在高温高压下相渗曲线。利用两种相渗曲线及GEM油藏模拟软件分别对实验结果进行了预测。结果表明,采用常规相渗曲线所预测的凝析油采收率与PVT中凝析油采收率相近,采用平衡油气相渗曲线所预测的凝析油采收率与用岩心衰竭实验测试的凝析油采收率相近,这表明平衡相渗曲线能够较好地反映实际岩心条件下油气的渗流状况。