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－纯液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液体流动问题的数值模拟,并且非常适于进行多孔介质－纯液体耦合流动区域的数值模拟。     

多孔介质热流固耦合有限元分析

探讨了应用有限元分析软件ADINA进行多孔介质热流固耦合的分析方法.以石油生产中的热力采油为例,对多孔介质热流固耦合问题进行数值模拟.分析了在热力采油过程中由于注蒸汽以及流体流动等因素对储油层的影响.对开采选址与提高石油产量有一定的参考意义.     

多孔介质热流固耦合有限元分析

探讨了应用有限元分析软件ADINA进行多孔介质热流固耦合的分析方法。以石油生产中的热力采油为例,对多孔介质热流固耦合问题进行数值模拟。分析了在热力采油过程中由于注蒸汽以及流体流动等因素对储油层的影响。对开采选址与提高石油产量有一定的参考意义。     

多孔介质内部流动模型及其数学模拟

从多孔介质微元体运动分析出发，建立了动床多孔介质内部流动连续和运动方程，给出了多孔介质内部流动模型，对多孔介质内部溶质大分子中流体运动进行了三维数学模拟，数值模拟结果与Brinkman方程的解析解基本吻合。     

超临界压力流体在多孔介质内对流换热研究进展

超临界压力流体在多孔介质内的流动换热问题在动力工程、化学工程、航天航空等领域的应用非常广泛,它是超临界CO_2气冷堆、太阳能热发电系统、超临界压力流体对高温壁面的发汗冷却等工程设计优化的理论基础。分别从实验研究和数值模拟两个方面,详细阐述了多孔介质内超临界压力流体流动换热的研究进展,指出了准临界温度附近强烈物性变化、多孔结构迂曲流动通道、浮升力等因素对换热通道局部对流换热性能的影响规律是深入研究的关键问题。另外由于高温高压实验难度大、数据处理方法较复杂,多孔介质内超临界压力流体与固体骨架之间的内部对流换热系数实验研究非常少,致使局部非热平衡模型在多孔介质内超临界压力流体流动换热数值模拟的应用受到限制,因此同时加强超临界压力流体在多孔介质内流动传热的局部对流换热性能和内部对流换热性能研究,对于多孔介质结构传热性能评价和工业应用关键设备的设计优化具有指导意义。     

多孔介质反应器的数值模拟

利用专业的多物理场耦合软件(COSMOL Multiphysics)对多孔介质反应器模型内的不可压缩流场进行了仿真模拟,计算过程中采用软件中的自由和多孔介质流动和稀物质的传递内置模块,得到了多孔介质反应器内中各组分的浓度场﹑速度场及压力场分布。该模型验证了自由和多孔介质流体在固定床反应器中的耦合。利用后处理软件对计算结果进行分析,为其后期的工业开发提供了理论依据。     

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.     

渗透性岩层介质油水两相渗流分析

准确模拟油藏中的流体流动过程,提示流体的分布规律,必须考虑由于注水和开采所引起的多相流体的渗流、应力状态的变化和储层变形之间的耦合作用。近年来引起中国学者的极大兴趣,成为油藏工程及相关领域研究的热点问题之一,基于岩石力学、渗流力学、地质力学、计算力学以及流固耦合渗流的基本理论,建立了多孔介质渗流场和应力场耦合的数学模型,采用有限元法进行了程序设计,通过数值模拟方法对渗透岩层介质井眼周围油水两相渗流规律进行了研究,用于解决实际工程问题。     

多孔介质床层中颗粒内部流体的流动

基于以Ｂｒｉｎｋｍａｎ方程为基础的有效介质方法和一般的点阵模型,研究固定床层中多孔颗粒内部的流动特性。在综合分析多孔颗粒内部流动特性及考虑有效粘性系数对速度分布影响后,推出了球形流体微团在多孔介质内部的受力公式,解释了增加多孔颗粒内部内也隙度可改善传输的原因。     

基于Chebyshev配置点谱方法的多孔介质平板通道内的流体流动数值模拟

本文基于Chebyshev配置点谱方法,利用数值模拟研究了多孔介质平板通道内的流体流动问题。针对动量方程的离散,空间上采用Chebyshev配置点谱方法,时间上采用准隐式格式离散,结合改进的投影算法(IPS)将速度和压力的计算解耦为一系列椭圆方程(泊松方程或亥姆霍兹方程),转换椭圆方程为矩阵方程形式后利用二步求解法求解矩阵方程。通过MATLAB编程实现对多孔介质平板通道内的流体流动问题的数值模拟并验证了程序的准确性。在此基础上,讨论了达西数(Da),雷诺数(Re)以及孔隙率(ε)对多孔介质平板通道内流体的速度分布、边界层厚度及入口长度的影响。     

电场作用下多孔介质中单相流体的渗流速度

研究了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响。根据渗流力学和电渗理论,推导了外电场作用下多孔介质中单相流体渗流方程,建立了有限元数值模型,采用有限元方法进行了数值模拟。计算结果与实验结果拟合很好,二者之间的相对误差在5%左右。在此基础上探讨了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响,结果表明:在压力保持不变情况下电场可以将流体渗流速度增大1~7.5倍;相同电位梯度情况下,压力梯度越大,渗流速度之比越小。     

水驱粘塑性非牛顿原油渗流特性的数值模拟

针对水驱粘塑性非牛顿原油在地层下呈强非线性渗流特征,建立了描述其流动过程的数学方程; 采用全隐式离散、牛顿－ 拉弗松方法迭代线化,稳定双共轭梯度方法求解,对特定初边条件下二维油藏油水两相流动问题作了数值模拟．结果表明,水驱非牛顿流体驱油效率明显低于水驱牛顿流体     

双重介质油藏数值模拟并行算法研究

裂缝型碳酸盐岩油藏非均质性极强,数值模拟运算时间长,迫切需要一种切实可行的解决方法。介绍了区域分解法在数值模拟中的应用方法,提供了油藏数值模拟串行算法并行化的一般策略与方法。基于已开发的双重介质油藏数值模拟串行算法及建立的Windows平台PC集群网络并行计算环境,利用消息传递界面（MPI库）实现了并行过程中所有消息的传递功能。通过对国内某实际碳酸盐岩油田的模拟表明,并行后的算法是成功的,2个PC加速比高达1.86,4个PC达到3.46,8个PC达到6.89。通过模拟还发现,并行数值模拟时,存在最佳的子区域规模和数目。该算法解决了大规模碳酸盐岩油藏数值模拟时间长的问题,具有实际的应用价值。     

孔隙介质渗流微观数值模拟

论述了孔隙介质渗流宏微观研究之间的联系，以及微观渗流研究的重要意义。综述了国内外有关渗流微观结构模拟方面的研究问题和当前主要研究方法，分析了各种微观物理模型及相应的各种数学模型的研究特点和研究手段。比较了孔隙结构研究的随机模拟方法和全局升尺度法，指出了两种方法的优缺点，最后对孔隙介质微观渗流研究的发展趋势进行了展望。     

Experimental study on moving boundaries of fluid flow in porous media

Researches on the boundary shape of fluid flow in porous media play an important role in engineering practices, such as petroleum exploitation, nuclear waste disposal and groundwater contamination. In this paper, six types of artificial porous samples （emery jade） with different porosities are manufactured. With the background of slow flow in porous media, laboratory experiments are carried out by observing the movement of five types of fluids with different dynamic viscosities in various types of porous media. A digital video recorder is employed to record the complete process of the fluid flow in the porous media. Based on the digital photos of the moving boundaries of fluid flow in porous media, the average displacement and fractal dimension of the moving boundary are estimated for different combinations of porosity and dynamic viscosity. Moreover, the evolution behavior of the average velocity and fractal dimension of the moving boundary with time is known. The statistical relations of the average velocity, the fractal dimension of the moving boundary and the porosity of porous media and the dynamic viscosity of fluids are proposed in this paper. It is shown that the front shape of the moving boundary of fluid flow in porous media is an integrated result of the porosity of porous media and the dynamic viscosity of fluids.     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型,采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化,以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础,探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明,对于粘弹性流体,阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大,随充填颗粒尺寸的减小而增大;对于牛顿流体,阻力系数为常数;对于幂律流体,阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

低渗透多孔介质变渗透率数值模拟方法

 根据流体在低渗透多孔介质中的渗流特征,建立了低渗透多孔介质数学模型,通过引入无因次渗透率变化系数描述低速非达西渗流规律,并基于黑油模型数值模拟系统,开发了低渗透多孔介质变渗透率数值模拟软件。采用矿场实际数据,分别使用达西渗流、考虑启动压力梯度为常数的拟线性渗流和变渗透率渗流模型,对五点井网进行模拟计算,对比分析了不同渗流规律下的油井产油量、含水率、含油饱和度及不同时间的地层渗透率分布。结果表明,变渗透率渗流模型计算的油井产油量、含水率和含油饱和度分布介于达西渗流和拟启动压力梯度渗流模拟结果之间,油水井附近地层渗流能力强,远离主流线地层渗流能力弱;井距越小,地层渗流能力越强;流体在低渗透多孔介质的渗流过程中,达西渗流仅发生在井筒附近小面积区域内,地层大部分区域发生变渗透率渗流,且占据了地层渗流的主导地位,变渗透率数值模拟方法弥补了其他方法未考虑渗透率变化因素的不足,变渗透率数值模拟软件能够更准确地预测流体在低渗透多孔介质中的流动特征。     

城市交通网络的渗流力学模型

将城市交通网络中的交通流视为多孔介质网络中的渗流，利用裂隙介质中多相渗流力学理论，考虑人流和车流之间的相互作用以及道路通行能力的不同，建立了城市交通网络通行能力计算的渗流力学模型，该模型的计算可以借助渗流力学的现有知识进行，可以通过计算得到不同时刻城市交通网络的交通流分布以及城市交通网络的宏观通行能力。从而为城市交通规划理论提供了一个全新的方法。