关键词： 泡沫   多孔介质   微孔模型   稳定性   孔隙尺度  

摘要： 针对目前泡沫稳定性用常规空间代替多孔介质进行评价,不能准确反映泡沫在多孔介质中的稳定性问题。利用气相和液相电导率不同,提出了电导率法评价多孔介质中泡沫稳定性。采用电导率法研究了泡沫在不同孔隙半径的多孔介质中的静态稳定性;利用微孔模型模拟不同尺度的孔隙空间,运用显微放大技术,研究了泡沫在不同孔隙尺度空间中的泡沫结构、聚并过程及静态稳定性。实验结果表明:多孔介质会增强泡沫在其中的静态稳定性;孔隙尺度的大小影响进入孔隙中的泡沫存在形态从而影响泡沫的静态稳定性,随着孔隙尺度的减小,泡沫的静态稳定性增强。

关键词： 数值模拟   几何构型   丝网多孔介质   Forchheimer模型   压降  

摘要： 基于丝网多孔介质孔隙通道数值分析,研究不同几何参数的丝网多孔介质通道内的流阻特性ΔP、黏性阻力Au与惯性阻力Bu^2等变化特性。通过CFD软件建立三维稳态修正k-ω湍流模型保证计算精度,并选择5种不同丝径和孔径的4单元孔隙模型,开展低入口流速范围内的流阻特性研究。根据数值分析结果,得到不同构型下孔隙级通道的流阻特性,显示出构型对丝网通道内非线性流动阻力特性产生的显著影响。结果表明,丝网构型角度越小(θ=45°~90°),通道内流动阻力越大,而分压占比规律一致;流速越大(v=0.2~1.0 m/s),则非线性作用越大,惯性阻力占比越多。

关键词： 多孔介质骨架   固液相变   格子玻尔兹曼方法   两区域模型  

摘要： 相变储能材料中加入多孔介质骨架,可以有效地改善相变材料导热系数,增强其结构稳定性,防止相变材料泄漏,促进相变材料在电池热管理、太阳能发电等众多领域的应用。文章采用四参数法生成随机多孔介质骨架,并导入到固液相变两区域模型中,基于格子玻尔兹曼方法,从孔隙尺度分析了无量纲瑞利数(Ra数)、普朗特数(Pr数)、斯蒂芬数(Ste数)对方腔内填充多孔介质骨架固液相变融化传热的变化规律。结果表明:在相变期间传热方式由导热为主向自然对流传热改变,糊状区逐渐发生弯曲;Ra数越大自然对流越强,在达到准稳态阶段时融化率和热壁面平均Nu数都越大;Ste数越小,热壁面平均Nu数越大,相变材料融化速率越慢;在低Pr数(Pr<0.1)下,随着Pr数的增加,相变材料的融化速度逐渐增加,但Pr数增加到一定程度(Pr=0.1),继续增加Pr数,当达到准稳态阶段时,相变材料融化率不再发生变化。

关键词： 气体动理学   多孔介质   孔隙尺度   渗透率  

摘要： 将气体动理学格式(GKS)拓展到模拟多孔介质内的低速渗流,并检验在孔隙尺度上模拟不可压缩低速流动的可行性与有效性.结果表明:GKS具有二阶空间精度,能够较精确地计算多孔介质的渗透率;相比于单松弛格子玻尔兹曼方法,GKS能够精确实现壁面无滑移边界条件,从而正确反映渗透率与黏性无关的特性;对于Berea砂岩切片结构中的复杂流动,模拟结果与实验吻合较好,能较精确地计算渗透率.给出GKS模拟达西渗流的马赫数选取准则,为研究多孔介质流动提供新的工具.

关键词： 孔隙尺度   高含水期   相对渗透率   水驱特征曲线   相场方法  

摘要： 水驱特征曲线对预测水驱油藏可采储量及开发动态具有重要作用,其理论推导的基础是油水相对渗透率比值(Kro/Krw)与含水饱和度(Sw)在半对数坐标下呈线性关系.然而大量矿场实践及岩心实验研究显示,油田开发进入高含水期后, Kro/Krw与Sw在半对数坐标下偏离直线关系,导致水驱特征曲线出现上翘现象而无法准确预测开发动态.为摸清水驱特征曲线上翘的本质原因,本研究基于Navier-Stokes方程模拟油水两相在微观多孔介质中的驱替过程,采用相场方法实时描述油水两相界面变化.通过微观油水两相数值模拟研究了壁面润湿性、油水黏度比等因素对油水在高含水阶段流动状态的影响,并分析了这些因素对Kro/Krw与Sw在半对数坐标下偏离直线关系时临界含水率的影响.研究结果表明,高含水期剩余油由连续相转变为非连续相,油相流动能力快速下降是水驱特征曲线出现上翘的内在原因;临界含水率在不同润湿性多孔介质内存在差异,渗吸作用导致水湿多孔介质中的临界含水率高于油湿多孔介质;高油水黏度比条件下的黏性指进现象会强化注入水的无效驱替,使水驱特征曲线在相对较低含水率时偏离直线.该研究初步揭示了油藏润湿性及油水黏度比对水驱特征曲线上翘拐点的影响,为高含水油藏开发提供有效指导.

关键词： 回热器   换热特性   孔隙尺度   斯特林机  

摘要： 基于孔隙尺度,建立局部三维丝网模型,对丝网回热器换热特性进行数值研究。分析不同工质、压力、温度、流速、丝网目数条件下,回热器换热特性的变化规律,并对模拟结果进行总结,拟合出特定雷诺数范围内,单向流动下Nu数与Re数的经验关联式(Nu=9.74+3.78Re^0.36),与前人实验所得关联式进行对比,在低雷诺数范围吻合较好,最大误差在10%内。此外,定性分析孔隙尺度下的温度场分布图,发现工质流经丝网时产生的温降及扰动会对换热过程产生双重影响,而通过非稳态过程的分析,总结了对流换热强度随时间的变化规律,为完善斯特林循环分析方法及设计和优化斯特林发动机提供参考。

关键词： 多孔介质   孔隙尺度   光滑粒子法   溶质运移   弥散度  

摘要： 借助光滑粒子流体动力学(SPH)方法,本文从流体质点运动和溶质扩散的物理本质出发,设计并进行孔隙尺度下多孔介质中溶质运移的仿真实验,进而分析多孔介质弥散度影响因素,并讨论弥散度与多孔介质结构参数的关系。通过离散化N-S方程和Fick扩散方程,建立描述孔隙水流动的SPH水动力模型和描述溶质分子扩散的扩散模型,求解出在低Pe数下对流扩散方程的一维定解问题,检验了模型的准确性。在高Pe数流场中,进行了恒定流速的黏性流体穿透多孔介质薄层的仿真实验,计算结果可准确模拟出过水断面上各流体质点的流速差异、流体质点在多孔介质中的弥散过程以及流体质点的迂曲绕流过程;通过建立三段理想化的孔隙通道模型,发现在迂曲路径相同时,速度差对机械弥散度仍有显著影响。最后,为探究弥散度与多孔介质结构参数的关系,生成了多组随机粒径的二维多孔介质进行溶质穿透仿真实验。计算结果表明,弥散度与流速变异系数、迂曲度、迂曲路径差以及不均匀系数大致呈正相关,与孔隙率呈负相关。

关键词： 致密砂岩   孔隙尺度各向异性   孔隙分布   比表面积   迂曲度   渗透率   影响机理  

摘要： 借助微CT扫描实验,建立致密砂岩的三维数字岩心,定量评价孔隙尺度各向异性和孔隙分布非均质性;采用四参数随机生成算法,构建三维各向异性、非均质性多孔介质模型,同时运用多弛豫时间格子-玻尔兹曼模型分析多孔介质渗透率与孔隙尺度各向异性、孔隙分布非均质性的关系,研究对岩心渗透率的微观影响机理。研究表明,致密砂岩孔隙形态复杂,孔隙尺度各向异性、孔隙分布非均质性显著,各向异性因子具有明显的方向性;孔隙尺度各向异性影响多孔介质中孔隙长轴的取向性及流体流动路径,沿各向异性因子大的方向迂曲度小、流体流动消耗能量小,迂曲度与各向异性的强相关是各向异性影响渗透率的根本原因;孔隙分布非均质性对渗透率的影响表现为迂曲度与比表面积的共同作用,比表面积与迂曲度的乘积与非均质性呈明显负相关,孔隙分布非均质性越强,乘积值越小,渗透率越大;复杂多孔介质的渗透率与迂曲度满足乘幂关系式,拟合精度较高,可用于岩心渗透率的近似估算。

关键词： 裂隙   多孔介质   孔隙尺度   对流扩散   SPH方法  

摘要： 为研究裂隙多孔介质中的对流扩散现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法从孔隙尺度下模拟了裂隙中孔隙水的流动过程,仿真实现了考虑裂隙时溶质穿透多孔介质的真实运移过程,并提出一种简化处理的两流区模型对穿透过程加以描述.计算中首先采用SPH方法求解纳维斯托克斯方程,建立能考虑复杂多孔颗粒边界的二维流场模型,并基于此模型进行了溶质穿透三种不同裂隙宽度的多孔介质的仿真实验.随着介质中裂隙宽度增大,裂隙区域流速与基质区域流速差增大,穿透曲线中早期穿透和拖尾现象越明显;采用两流区模型能够描述这一现象,但一般化的模型难以得到精确解,因此提出一种简化处理办法,并给出了该简化模型的解析解.结果表明,该简化模型能够很好地描述裂隙多孔介质中溶质的运移规律,并可反演得到裂隙流中对流扩散的相关参数.

关键词： X-CT扫描   碳酸盐岩   微观孔隙结构   多尺度融合  

摘要： 为了更加直观、准确地刻画碳酸盐岩储集层的微观孔隙结构特征,分别选取裂缝发育的双孔介质碳酸盐岩储层样品与裂缝不发育的单介质碳酸盐岩储层样品,利用多尺度X-CT扫描成像技术建立不同级别的三维数字岩心,应用最大球算法与孔喉尺寸校正方法,提取并建立碳酸盐储层纳米级数字岩心孔隙网络模型,最后实现利用三维孔隙网络模型模拟储层物性参数、进汞曲线以及孔、喉分布曲线,并与常规高压压汞法结果进行平行对比。研究结果表明:利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实际测量结果相差较小;模拟得到的进汞曲线、孔喉分布曲线与室内压汞实验得到的曲线具有较高的一致性,数字岩心得到的模拟结果具有较高的可信度。数字岩心技术在碳酸盐储层微观孔隙结构的直观刻画与定量描述方面,具有明显优势。