裂隙岩体流热耦合的三维有限元模型

利用传热学和渗流理论,建立了深部裂隙地层流热耦合传热的三维数学模型。采用渗流和导热微分方程描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流固耦合传热进行了数值模拟。数值模拟结果表明:岩体内裂隙水流所引发的热质迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。模型揭示了岩体与裂隙水流之间发生的对流换热现象,模拟了岩体内的温度场分布,实现了由点向场的转变。模拟结果与实际情况相吻合,表明采用该方法研究裂隙岩体的流固耦合传热是可行的。     

裂缝性低渗透油藏渗流规律实验研究

对某油田断块含天然裂缝的低渗透储层渗流特征进行了实验研究.本实验在常规渗流实验岩心夹持器末端增加了一套回压控制装置,渗流实验过程中,通过给岩心施加不同的回压,模拟了储层在变压条件下的流体渗流情况.得到了裂缝性低渗透储层岩心水相渗透率随回压的变化曲线.实验结果表明,裂缝的存在对低渗透储层的渗流特征有明显的改造,裂缝开启前,储层渗流可以看作是基质岩石渗流,裂缝对渗流的影响不大;裂缝开启后,由于其渗流能力较强,将发挥主要的渗流通道作用.     

裂缝性低渗透油藏渗流规律实验研究

对某油田断块含天然裂缝的低渗透储层渗流特征进行了实验研究。本实验在常规渗流实验岩心夹持器末端增加了一套回压控制装置，渗流实验过程中，通过给岩心施加不同的回压，模拟了储层在变压条件下的流体渗流情况。得到了裂缝性低渗透储层岩心水相渗透率随回压的变化曲线。实验结果表明，裂缝的存在对低渗透储层的渗流特征有明显的改造，裂缝开启前，储层渗流可以看作是基质岩石渗流，裂缝对渗流的影响不大;裂缝开启后，由于其渗流能力较强，将发挥主要的渗流通道作用。     

孔隙-裂隙双重变形介质中的油水两相流动理论研究

在连续介质力学理论架构下,文章建立了饱和油水两相渗流与变形孔隙-裂隙双重介质耦合作用的理论来模拟裂隙砂岩储层中的油-水渗流,提出了基于双孔隙固相系统变形与油水两相渗流的全耦合力学模型;在对力学模型给予适当简化的基础上,应用解耦的有限元数值解方法对裂隙储层的两相流体压力、饱和度以及储层变形等参数进行了数值模拟;结果表明,裂隙储层流体运动主要由裂隙变形、油/水的PVT特性所决定。     

大涡模拟研究液态金属在环形管道内的湍流换热

使用大涡模拟方法,在雷诺数为Re=8 900和分子普朗特数Pr=0.01,0.026,0.2,0.4,0.71条件下对环形管道内的湍流对流换热过程进行数值模拟,计算分析湍流传热场中的平均温度、温度脉动、湍流热通量及湍流普朗特数Prt等物理量.通过与传统流体(Pr=0.4,0.71)的计算结果进行比较,研究了液态金属流体(Pr=0.01,0.026)的湍流对流换热特性.结果表明,液态金属流体湍流换热过程中分子热传导占主导地位,其湍流温度边界层内的线性区变长、对数律区变短甚至消失,温度脉动、湍流热通量变小.此外,相对于传统流体,液态金属的湍流普朗特数Prt比较大,且对Pr的变化很敏感.     

非稳态原位热解扶余油页岩热-流耦合模拟

采用热-流耦合分析模式,对水力压裂之后扶余油页岩储层的传热导流渗透能力进行数值模拟,发现流体主要沿油页岩层理方向形成地裂隙流出,但是随温度的增加,孔隙度增大也会有少许流体从油页岩的原生孔隙流出,渗流场压力在同一截面自裂隙垂直于油页岩层理向两端呈现下降趋势;流体对油页岩地层热量的传导主要是沿裂隙方向进行.加热时间增长,裂隙两侧油页岩裂解,孔隙度增加,氮气向油页岩储层的扩散速度也得到了提高,加热至40d之后,裂隙周围油页岩首先达到裂解温度,加热至60~100d,油页岩层的平均温度自500K提升至650K,整个油页岩能够被有效热解.     

基于示点性过程模拟的碳酸盐岩裂缝型储层建模方法

在深埋藏碳酸盐岩裂缝型储层中,裂缝既是主要的储集空间,又是重要的渗流通道,其发育程度直接关系到油气藏聚集规模和单井产能大小,但该类油藏埋藏深、经多期构造作用和岩溶作用改造的特点使储层内裂缝分布规律极为复杂,裂缝识别和预测难度大,裂缝空间分布和属性参数裹征困难.本文根据示点性过程模拟理论,提出基于示点性过程模拟的碳酸盐岩裂缝型储层建模方法,并以塔河油田X区裂缝型油藏为例,利用蚂蚁体属性数据约束单井裂缝密度插值得到裂缝密度分布模型,进而在裂缝产状统计数据和裂缝密度分布模型的约束下,建立了研究区离散裂缝网络模型,直观刻画了油藏内裂缝网络的空间形态和结构,为准确描述裂缝系统的连通性、非均质性及渗流行为提供有效的地质模型,丰富了储层建模方法研究,对有效开发碳酸盐岩裂缝型储层具有一定的实际意义.     

裂缝性储层油水流动规律实验研究

 大部分裂缝性储层具有裂缝-孔隙结构,属于双重介质,目前油水在这类岩石中尤其是裂缝中的流动规律并不十分清楚,这给裂缝性储层油藏的数值模拟、开发方案设计造成较大的困难。为研究裂缝中油水的流动规律,设计了可视的、具有自动数据采集功能的裂缝驱替实验装置,测定了不同裂缝开度下不同液体不同流体黏度以及不同流动速度等条件下裂缝中单相流体的流动状态。结果表明,裂缝中单相液体的流动在一定条件下从线性变成非线性,一般情况下,雷诺数较小时为线性渗流,雷诺数较大时为非线性渗流。但是,雷诺数不是唯一的判别标准。研究还发现,存在两种不同的非线性渗流,在缝宽较小时流量与压力梯度的关系曲线成凹形,较大时则成凸形。     

波壁管内Cu-醇基纳米流体的强化换热研究

随着科技的进步,热交换设备的热负荷与传热强度不断增大,传统的醇类冷却剂不足以满足换热设备的冷却要求,通过向传统醇类冷却剂中加入Cu纳米粒子从而形成Cu-醇基纳米流体。对Cu-乙醇、Cu-乙二醇、Cu-丙二醇三种Cu-醇基纳米流体在波壁管中的换热特性进行数值模拟研究,同时采用分子动力学计算了Cu-醇基纳米流体的导热系数,分析了雷诺数Re与纳米颗粒体积分数φ对纳米流体的换热特性的影响。结果表明,在相同条件下,纳米流体的导热系数比基液大,且随着φ的增加而增大,通过比较这三种Cu-醇基纳米流体的导热系数,发现Cu-丙二醇纳米流体的导热系数的增幅最大;同时发现纳米流体的对流换热系数与基液相比有所提高,且随着φ的增加而增大;Cu-醇基纳米流体在强化传热的同时也会产生更大的阻力损失,且该损失随着φ的增大而增大;用性能评价因子PEC对波壁管内流体的对流换热系数与摩擦阻力系数进行综合分析。发现在三种Cu-醇基纳米流体中,Cu-丙二醇纳米流体具有最好的综合换热性能。     

矩形腔内冷水稳态自然对流换热的二维数值模拟

为了了解矩形腔内非Boussinesq流体自然对流换热的特有现象和规律,利用有限容积法对矩形腔内的冷水自然对流进行了一系列数值模拟,得到了不同宽深比、Rayleigh数下的流场和温度场,并对不同条件下的壁面传热特性进行了比较与分析。计算结果表明:随着宽深比的增大,流动逐渐增强,流胞数逐渐增多,壁面平均Nusselt数逐渐增大,并趋于某一定值;随着Rayleigh数的增加,换热能力也会增强,而且流动结构的转变会在更小的宽深比下发生。采用逐步线性回归方法,得到了关于热壁平均Nusselt数的传热关联式。     

液黏离合器摩擦副对流换热系数数值模拟研究

为了预测液黏离合器的温度场分布及热负荷特性,通过数值模拟研究求得摩擦副散热面的对流换热系数。应用计算流体动力学软件CFX建立了摩擦副流固耦合有限元模型,获得了摩擦副的温度场分布,综合考虑换热表面形状、摩擦片转速、油液流速和入口压力、流体物理性质等因素,揭示了各因素与对流换热系数之间的内在联系。结果表明：摩擦副温度从内径到外径逐渐升高,菱形区域中心温度比四周高。摩擦片转速越大对流换热系数越大;油液黏度越小,入口压力越大,对流换热系数越大。可见,油液流速对换热系数的影响最为显著;摩擦片转速、油液的入口压力和黏度会改变流速及流体的运动状态,从而影响对流换热系数。     

磁性液体奇异的传热特性

磁性液体相比于传统的传热流体来说具有较高的导热性能和传热性能,其流动和传热过程还可以通过磁场控制,因此,磁性液体为强化传热带来了新的机遇,众多研究学者对磁性液体的传热特性进行了研究.通过对近年来有关磁性液体传热特性方面的研究进行整理和分析,总结了磁性液体导热系数和对流传热的实验研究方法,得到了不同的磁性颗粒参数、温度和磁场等因素对磁性液体传热特性的影响;详细阐述了磁性液体在有无磁场下导热系数的研究结果,并对影响导热系数的机理进行了归纳;阐述了磁性液体的对流传热在实验和数值研究方面的进展;指出了磁性液体在传热特性研究方面的进一步工作方向,并对磁性液体在强化传热和传热设备中的应用进行了展望.     

增强型地热系统热流固耦合模型及数值模拟

增强型地热系统(EGS)利用水力压裂地下高温岩体形成人工热储,通过载热流体循环提取干热岩(HDR)所存储的地热能,其开采过程包含渗流、热能交换及岩体介质变形,为典型的热流固(THM)耦合问题。将裂隙岩体视作基于离散裂隙网络和基质岩体的双重介质,给出THM耦合的数学模型,基于商业有限元软件COMSOL Mutilphysics进行二次开发,实现裂隙岩体温度场、渗流场和应力场的全耦合求解。利用一个已知解析解的算例验证耦合模型和全耦合求解方法的正确性。最后利用随机生成的二维裂隙网络模型模拟EGS的运行过程,分析干热岩储层内渗流、温度、应力及变形的分布规律。计算结果表明,储层内的贯通裂隙构成主要导水区,水的对流传热作用明显;高压水注入和温度变化导致岩体裂隙发生位移,改变储层的传输特性,进而影响地热能的提取;考虑THM耦合作用对于研究增强型地热系统的的利用效率和运行规律非常有必要。     

Generalized thermal resistance for convective heat transfer and its relation to entransy dissipation

In order to further analyze and optimize convective heat transfer process further, the concepts of heat flux weighted average heat temperature and heat flux weighted average heat temperature difference in multi-dimensional heat transfer system were introduced in this paper. The ratio of temperature differ- ence to heat flux is defined as the generalized thermal resistance of convective heat transfer processes, and then the minimum thermal resistance theory for convective heat transfer optimization was devel- oped. By analyzing the relationship between generalized thermal resistance and entansy dissipation in convective heat transfer processes, it can be concluded that the minimum thermal resistance theory equals the entransy dissipation extremum theory. Finally, a two-dimensional convective heat transfer process with constant wall temperature is taken as an example to illustrate the applicability of generalized thermal resistance to convective heat transfer process analysis and optimization.     

粗糙多孔保温层的热质耦合传递分形研究

粗糙多孔保温层内部的热质耦合传递过程广泛存在于能源利用、机械隔热等工程中，为了更加真实地体现该热质耦合传递过程，将粗糙的孔隙通道描述为短周期正弦变化的毛细管道，根据达西定律、能量守恒定律和牛顿冷却定律，同时考虑粗糙度和粗糙密集度两个影响因素，提出了粗糙毛细管道的渗流系数和对流换热系数模型，分析了粗糙表面对渗流系数和对流换热系数的影响。结果表明，渗流系数模型的理论预测值与实验数据相吻合；渗流系数与面积分形维数、粗糙密集度呈正相关，与迂曲分形维数、粗糙度呈负相关；对流换热系数与渗流系数、粗糙度和粗糙密集度呈正相关，与面积分形维数、迂曲分形维数呈负相关。     

基于组合式平板模型预测曲面裂缝数字岩心渗透率的方法

针对碳酸盐岩微裂缝系统中曲面裂缝特征复杂,流动模拟难以进行的问题,提出一种求解曲面裂缝数字岩心渗透率的方法。首先构建平板裂缝数学模型,并利用格子布尔兹曼方法,得到以开度和倾角为基本参数的微裂缝模型的流动规律;其次基于平板模型的流动规律和曲面裂缝的基本特征将平板模型进行组合求解曲面裂缝的绝对渗透率;最后进行实例验证。结果表明该方法准确有效,可在识别出裂缝相关参数后预测岩心绝对渗透率,避免了大量数值模拟,提高了计算效率。     

物性参数对纳米流体强化换热的影响

对铜-氩纳米流体在矩形槽通道内流动和换热情况进行了数值模拟,对基础流体和不同体积分数的纳米流体在不同Re下的换热情况进行研究,分析了纳米流体热物性的改变对强化换热的影响.研究表明:相对于基础流体而言纳米流体由于具有较好的导热性能而强化换热,并且纳米流体体积分数越大,其导热性能越好,从而换热能力也越大.对于相同体积分数的纳米流体,其换热系数提高的程度与流体的速度有关系,流速越小,换热系数提高得越大,而随着流速的逐渐增大换热系数提高的程度逐渐下降.     

碳酸盐岩裂缝热储回灌水渗流规律影响因素

回灌措施是解决地热水下水位下降,实现地热资源的可持续利用的重要技术措施。然而,目前碳酸盐岩裂缝热储回灌开发中存在回灌水渗流规律不明确,回灌开采模式不清晰、回灌水在碳酸盐岩热储中渗流规律复杂、回灌水如何在裂缝和溶洞中渗流及回灌水的注入方向与裂缝的发育方位之间关系认识不明确等。因此,针对目标碳酸盐岩裂缝热储储层孔隙结构特征,采用微观裂缝刻蚀模型和胶结裂缝平板模型,研究了回灌水的注入速度、注入方向和井网方式对其微观渗流规律影响。回灌微观渗流实验表明：在微观刻蚀模型中,当裂缝方位为90°、注入速度为0.04 mL/min时,回灌水的波及面积最大。提高回灌水的注入速度与增加裂缝方位角度,可以提高碳酸盐岩裂缝热储地层中的回灌水波及面积。在微观刻蚀可视化实验的基础上,利用碳酸盐岩裂缝热储胶结物理模型,研究了回灌水注入的温度场变化情况。温度场显示的波及面积与回灌水的渗流路线与微观刻蚀平板中的基本一致。     

平板模型水驱油物理模拟相似理论研究

为了给出明确的实验室物理模拟的可行性办法,采用一种与前人不同的推导方法——改进的检验分析法,对特低渗透油藏水驱油物理模拟相似准则进行了推导,给出了在目前实验室条件下,以再现油田生产过程,预测剩余油分布为目的的平板模型。室内物理模拟实验能够最大程度上实现的模拟方案。模拟方案通过选取与实际油藏储层对应的露头岩心,可以实现模型与原型中两相渗流特征、毛管力特征和非线性渗流特征的相似,使得物理模拟实验能够最大程度上反映油藏中的流体渗流规律。对于压裂裂缝无法满足几何相似的情况,提出了一种等效模拟的物理模拟实现办法。按照推导得到的相似准则确定了模型参数与油藏参数进行转换的关系,所得结论为特低渗透油藏水驱油物理模拟提供了理论指导。