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.     

软岩蠕变过程中单相渗流固流耦合及数学模型

针对隧道开挖后因渗流路径的增加而改变围岩的含水状态，使围岩的蠕变变形规律发生改变的现象，根据岩土流变力学和渗流力学理论，对含水率的变化对软岩蠕变变形规律及其本构方程的影响进行了研究，并在此基础上建立了单相流体在蠕变变形多孔介质(均质、各相同性的Bu体软岩)中流动时的固流耦合模型。结果表明，固流耦合是软岩蠕变变形非线性的重要影响因素。     

蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型

针对岩体是一种可变形的多孔介质,岩体在荷载作用下发生蠕变的问题,岩体孔隙度、渗透率等物性参数随之变化;同时,孔隙和渗透特性的变化又引起压力场、速度场的改变,带动蠕变特性的变化。在研究渗流的过程中,考虑岩体蠕变的影响,基于岩体流变力学和渗流力学理论,应用对应性原理,建立了含有蠕变参数的动态应力平衡方程,推导了蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型。     

煤层气非饱和流阶段非稳态流固耦合渗流的一维摄动解析解

煤层甲烷运移包含渗流场、变形场和应力场的动态耦合过程 ,考虑到渗流过程中水 气两相不溶混流体与固体耦合作用 ,建立了非饱和水流阶段非稳态渗流问题的流固耦合数学模型 ,对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行解析求解 ,并讨论了其压力动态特征 ,分析了压力随饱和度S及时间t变化的情况和气相以及耦合作用的影响 .图 4,参 6 .     

降雨条件下非饱和土坡三相流模型的渗流-变形耦合分析

土质边坡降雨入渗的过程中伴随着地下水渗流的推进、孔隙气体迁移和边坡土体变形,因而涉及非饱和土体固-液-气三相耦合的作用.首先基于非饱和土力学基本理论、土-水特征曲线模型,在考虑气相对降雨入渗过程的影响下,建立了考虑孔隙介质可压缩性的二维非饱和土坡固-液-气三相渗流-变形耦合控制方程组.然后利用COMSOL Multip...     

边坡失稳系统的固流耦合模型

在考虑边坡岩体物理力学性质不均一性及地下水渗透力分布不均匀性的条件下,将边坡失稳作为一个系统来定性地分析其在失稳过程中的机理,建立了边坡失稳系统固流耦合的数学模型,并结合算例分别对应力和位移进行了耦合分析,从而验证该数学模型的可靠性。     

煤层瓦斯流固耦合渗流的二维数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程,根据有限元法原理推导出其耦合求解方法,最后进行了实例计算。     

汽轮机通流部分热-流-固耦合数值模拟计算

利用Fluent软件建立某汽轮机调节级及高压前四级的三维模型,采用标准k-e模型对其内部进行热-流-固耦合数值模拟,详细分析了内部流场的气动性能,并与热力设计值进行详细比较,掌握了汽轮机调节级及压力级进行气动性能分析的方法,结果表明所建立的数学物理模型正确,得到的结果可信。     

计算套损的弹塑性流固耦合数学模型及算例

分析了套管周围储层渗流场及岩体变形场流固耦合作用机理，根据相关理论建立了考虑渗流场和变形场耦合作用的数学模型以及判断储层岩体、水泥环和套管变形的弹塑性数学模型，并编制了相关程序，应用有限元法对实际油田储层和注水套管进行了计算，确定了导致套管变形的极限注水参考压力和井底压力的变化情况，对今后套损的分析、计算、预防、数值模拟及相关软件的编制起到重要的理论和实际作用。     

盐矿水溶开采固-液-热-传质耦合数学模型与数值模拟

由于盐类矿物易溶于水的特性,对盐类矿床的开采普遍采用水溶开采的方法.盐矿水溶开采过程是一个固体变形、流体运移、矿物溶解、传质传热的复杂的物理化学过程.文中在对上述复杂过程进行理论分析的基础上,建立了盐矿水溶开采的固、流、热、传质耦合数学模型.利用此模型,采用有限元方法,对盐矿双井对流水溶开采过程进行了数值模拟.模拟结果表明,该模型科学合理,对指导工程实践具有一定的实际意义和应用价值.     

非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型

提出了非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型，此模型引入了在非饱和多孔介质中同时发生热质交换的多种传输机制，以使质量、动量和能量方程得到改进．引用由Ｗｈｉｔａｋｅｒ建立的体积平均法，讨论达西定律应用于非饱和多孔介质的限制．     

多孔介质伴有相变多相流的热-流-固耦合数学模型

本文在前人物理分区的基础上,认真分析各区渗流特点,考虑"凝析气、液相变作用、非达西效应、热交换、相速度及流体性质"等因素,引入非达西因子及由于相变产生的毛管力、表面张力,提出了表征凝析气藏多相高速流相变渗流特征模型方程,同时考虑汽化潜热及流固热耦合,推导出流-固热耦合能量方程,建立了相应的多孔介质中伴有相变的多相流-固-热耦合渗流数学模型.     

非牛顿流体渗流的特性参数及数学模型

通过不均匀的毛细管组模型,建立了幂律型流体和宾厄姆（Ｂｉｎｇｈａｍ）流体渗流的广义达西定律和一般的渗流方程,导出幂律型流体渗流的有效渗透率和有效粘度以及宾厄姆流体启动压力梯度与流体特性参数和地层介质特性参数之间的关系     

多孔介质微波冷冻干燥的升华－冷凝理论

本文分析了非饱和含湿多孔介质微波冷冻干燥的物理过程，提出了一个更适合于实际情况的升令冷凝物理模型，导出了相应的传热传质微分方程组，模型中考虑了升华冷凝区内由于蒸汽迁移造成的合湿量重新分布及其对热质传递的影响；对传递参数分析表明，Ｌｕｉｋｏｖ理论不适用于描述微波冻干过程。     

相连续非饱和多孔介质中水分迁移机理的探讨

本文针对一个连续的相结构模式,分析了非饱和多孔介质中液、气两相的流动问题和水分的迁移机理,并对具有单自由蒸发表面的多孔体结构建立了一个简单易行的数学模型;提出了相应的数值计算方法.本文模型可用于预计自由蒸发制冷及热泵-土壤床埋管问题中水分的蒸发速率,并由此估算热量的抽取率.     

非饱和多孔介质有效应力计算公式的理论研究

基于多孔介质的有效应力原理,解析推导出了非饱和土的有效应力计算公式,并将其推广到了非饱和多孔介质情形.该有效应力公式中没有出现难以确定的Bish-op经验系数,而是包含了渗流力学中常用的孔隙度、饱和度、毛管力等物理含义明确的参量.     

考虑毛细滞后的未饱和多孔介质传热传质模型

本文从热湿迁移机理出发，通过在液相渗流中引入毛细滞后的影响，采用液相运动的最小梯度假设，建立了未饱和含湿多孔介质在考虑毛细滞后效应时传热传质的较普遍的模型理论．并对方程中的热湿迁移特性系数进行了分析，为进一步发展确定热湿迁移特性的有效实验方法提供了依据。     

毛细压差影响下的未饱和多孔介质的相对渗透率

以未饱和多孔介质微观结构的分形特性为基础,建立了毛细压差影响下的相对渗透率的分形模型.结果表明:相对渗透率是一个关于饱和度、分形维度、流体特性和毛细压差的函数,并且该函数中无经验常数.并将以该模型为基础计算出的相对渗透率与现有的实验数据进行比较,结果吻合得比较好.     

饱和土体单向固结理论与应用研究--饱和多孔介质流固耦合渗流数学模型之应用

针对饱和土体1D竖向固结沉降问题,给出一个新的固结方程,利用该方程进行了定量计算和实例研究,且与经典固结理论进行了对比分析.结果表明,经典固结方程可认为是新提出的固结方程的一种简化,后者更能反映固结过程的物理实质.     

多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型

基于Whitaker的体积平均方程,在不附加任何新的假设的基础上,寻出一组关于液体饱和度、温度和气相压力的新支配方程,应用该方程组对微孔硅酸钙保温制品干燥过程进行了数值分析.在蒸发速率、平均含湿饱和度及温度变化方面,数值解与实验结果十分吻合.文中还提出了表面质流和表面局部蒸发的概念,根据这两者与外部传质的平衡与转换可以解释临界点出现的机理.