关键词： Biogeochemistry   Civil engineering   Environmental engineering  

摘要： The potential of using bio-geo-chemical processes for applications in geotechnical engineering has been widely explored in order to overcome the limitation of traditional ground improvement techniques. Biomineralization via urea hydrolysis, referred to as Microbial or Enzymatic Induced Carbonate Precipitation (MICP/EICP), has been shown to increase soil strength by stimulating precipitation of calcium carbonate minerals, bonding soil particles and filling the pores. Microbial Induced Desaturation and Precipitation (MIDP) via denitrification has also been studied for its potential to stabilize soils through mineral precipitation, but also through production of biogas, which can mitigate earthquake induced liquefaction by desaturation of the soil. Empirical relationships have been established, which relate the amount of products of these biochemical processes to the engineering properties of treated soils. However, these engineering properties may vary significantly depending on the biomineral and biogas formation mechanism and distribution patterns at pore-scale. This research focused on the pore-scale characterization of biomineral and biogas formations in porous media. The pore-scale characteristics of calcium carbonate precipitation via EICP and biogenic gas formation via MIDP were explored by visual observation in a transparent porous media using a microfluidic chip. For this purpose, an imaging system was designed and image processing algorithms were developed to analyze the experimental images and detect the nucleation and growth of precipitated minerals and formation and migration mechanisms of gas bubbles within the microfluidic chip. Statistical analysis was performed based on the processed images to assess the evolution of biomineral size distribution, the number of precipitated minerals and the porosity reduction in time. The resulting images from the biomineralization study were used in a numerical simulation to investigate the relation between the minera

关键词： 乳状液驱油机理   CT原位扫描   剩余油动态特征   提高采收率  

摘要： 乳状液驱作为一种重要的提高采收率手段,其适应性、驱油机理及提高采收率效果已经得到国内外学者广泛的研究,但由于实验技术及材料的局限性,乳状液对微观剩余油的影响及乳状液在三维孔隙空间中的驱油机理尚未明确。所以本文借助于先进的micro-CT原位扫描技术,进行多组微观尺度的多阶段驱替实验,通过对剩余油赋存位置、粒径、体积、三维/二维形状因子及接触角定量表征,分析乳状液对剩余油动态特征的影响,得出乳状液驱在微观孔隙空间中的驱油机理:首先,根据乳状液室内配置结果,确定乳状液的配置方案和配置方法。在此基础上,进行两组乳状液在线驱替扫描实验和一组聚合物在线驱替扫描实验。获得驱替阶段的油水分布图像,经图像优化、图像分割及孔隙网络模型建立后,精确定量孔隙结构及油相动态特征。其次,通过对不同阶段油相动态特征变化进行分析,明确了乳状液对剩余油形态、赋存位置、粒径、体积、形状因子及接触角等特征的影响规律。第一,水驱主要动用喉道处的剩余油;乳状液驱即动用孔隙中的剩余油也动用喉道中的剩余油。第二,水驱动用16-37μm之间的油相;乳状液驱动用的是6-25μm之间的油簇后。第三,饱和油后,油簇形状极不规则,油簇形状因子的范围最大;水驱后,油簇形状因子均匀减小,其范围缩小;乳状液驱后,油簇的形状因子和范围都进一步缩小,形状因子较小的油簇数量明显增加。第四,水驱后,油簇的接触角范围为85°-134°,平均接触角为111.7°;乳状液驱后,油簇的接触角分布范围为40°-119°,其平均接触角为79.0°。第五,后继水驱对提高采收率的贡献最大。最后,结合孔隙结构特征、剩余油动态特征及剩余油分类分析,明确了乳状液在孔隙空间中的三种驱油机理:第一,乳状液从大油簇上剥落油滴,减小连续型油簇的体积,增加非连续型油簇数量;第二,改变油水界面张力,原本赋存在孔隙壁面及角隅的剩余油以圆球状聚集在孔隙中央;第三,改变局部毛管力分布,以直接动用和分段动用两种途径增加驱替相的波及面积。并对比分析了聚合物驱与乳状液驱的驱油机理的区别:聚合物驱增加波及面积的方式为封堵优势通道,改善驱替的非均衡性;聚合物对剩余油形态的影响较小,主要影响连续型剩余油的分布及饱和度,并且后继水驱对提高采收率的贡献很小。

关键词： VOF方法   孔喉网格剖分   相界面追踪   剩余油赋存形状   特高含水期  

摘要： 我国东部油田普遍进入特高含水期,剩余油分布趋于复杂和分散,提高采收率难度不断加大。经典的油藏数值模拟方法基于宏观的渗流理论体系,无法认识微观孔隙对剩余油分布的作用机制。孔隙尺度数值模拟技术,可以反映不同孔隙结构、不同驱替方式下剩余油的微观分布、演变及动用机制,揭示驱油效果的本质,为提高采收率机理研究提供理论基础和技术手段。本文共开展以下研究:(1)在岩心CT扫描图像二值化处理及三维重建基础上,首先提取岩心的三维孔喉空间,对孔喉空间铺设结构化的笛卡尔网格,在孔喉边界采用切削网格贴体处理,精确描述不规则孔喉壁面,实现了实际复杂岩心孔喉空间的网格剖分,建立了孔喉网格模型。(2)通过亚网格内界面重构,提出了基于虚拟流体的油水两相界面张力精确算法,解决了传统VOF方法对表面张力处理时连续界面力(CSF)在高表面张力情形下产生非物理震荡的问题,从而大大提高了油水两相界面张力的计算精度,实现了油水两相流动的精确模拟。(3)开发了基于MPI的跨节点并行处理算法,实现了数值模拟并行计算,大大提高了孔隙尺度油水两相流动模拟的计算效率,在此基础上,编制了前后处理模块,研发了基于VOF的数值模拟软件,适用于油水两相、二维及三维条件下的孔隙尺度数值模拟研究。(4)微观水驱油物理实验与数值模拟相结合,建立了高含水期微观剩余油赋存形状划分标准,通过数值模拟剩余油赋存形状的识别追踪及各种赋存形状剩余油的受力状态的提取,实现了剩余油赋存形状动态演变规律及动用机制定量表征。(5)利用实际岩心的二维平面水驱实验,对数值模拟计算的水驱流动通道、剩余油饱和度、水驱过程中不同赋存形状剩余油的演变规律进行了验证,证实了数值模拟计算结果的可靠性。在此基础上,分析了微观水驱油特征,包括驱油效率变化特征、水驱波及特征、剩余油赋存形状及演变规律、剩余油的受力特征,并基于特高含水期的剩余油分布,分析了提液和转流线两种开发方式下剩余油的分布规律变化及其动用机制。通过本文研究,建立了孔喉网格剖分方法和孔隙尺度油水两相界面追踪方法,搭建了基于VOF的油水两相孔隙尺度数值模拟平台,为特高含水期剩余油分布及动用研究提供了可靠的技术支撑。

关键词： 裂缝   孔隙尺度   可压缩流动   阻塞流   气体动理学格式  

摘要： 裂缝内可压缩流动广泛存在于油气开采、CO2埋存、地下水污染处理等工业生产及自然界中,是能源开发、环境治理等领域重点关注的问题。例如,在天然气开采中的高压气井井筒附近,气体的可压缩性对流动的影响显著。本文将基于气体动理学格式（Gas Kinetic Scheme,GKS）在孔隙尺度上模拟裂缝内可压缩流动,并分析流动达到阻塞的影响因素,研究基质岩块系统与裂缝系统之间的窜流对出流流量的影响。以下是本文研究工作的主要内容:1、结合直角网格技术,开发了针对多孔介质内流动的GKS模拟方法。检验了该数值方法模拟复杂区域的不可压低速渗流和可压缩流动的可行性与有效性。测试结果表明:开发的GKS程序能够有效地处理复杂边界形状;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,能较精确地计算出渗透率。2、模拟了曲张管道内的可压缩流动,分析了管道的各项特征参数（如管道长度,凸起物的幅度,凸起物个数等）及管道截面形状对管内可压缩流动的影响,总结了管内流动发生阻塞的相关规律:对于该类曲张管道模型,管内阻塞的位置均是位于喉道处,且管道越短或凸起幅度越大或凸起物越多,管道越容易发生阻塞;临界压力比与管道长度存在线性关系;各项参数相同时,圆管道比平行通道更容易发生阻塞。3、提出了与气藏储层的平均压力、气藏储层的渗透率、裂缝尺寸、气体动力学黏度等相关的基质-裂缝窜流边条件,并将其应用到直圆管内可压缩流动的研究中。模拟结果表明:流入管内的气体总量是气藏储层的平均压力与井筒压力比值的非线性函数,且存在饱和现象;当气藏储层的平均压力与井筒压力比值较大时,井筒中的大部分气体都产自裂缝与井筒连接处附近的储层区域。总之,本文结合直角网格技术,开发了针对多孔介质流动的GKS模拟方法,检验了该数值方法模拟复杂区域的不可压低速渗流和可压缩流动的可行性与有效性,为进一步研究多孔介质内的输运问题提供了有效的工具;此外,本文还提出了一种基质-裂缝窜流边条件,分析了井筒附近的流道四周存在窜流时,对流道内可压缩流动的影响,为以后的相关研究奠定了基础。

关键词： PDMS   微尺度   泡沫   流动特性   多孔介质   影响因素  

摘要： 今后几十年期间石油依然在全球能源组成中占据主导地位,但与此同时在全球范围内还广泛存在着石油采收率较低的问题。因此采用三次采油技术对地层下剩余石油进行进一步合理有效的开发,最大限度地提高石油采收率成为油田开发中后期的重要趋势。三次采油中的泡沫驱方法能大幅提高石油采收率,得到众多研究者的关注,但对于泡沫在孔隙尺度下的渗流特性与机理的认识还不够深入和全面,且目前对多孔介质内泡沫流动进行直接观测的研究鲜有涉及。本文以泡沫流体在多孔介质内的流动过程为研究对象。采用二甲基硅氧烷（PDMS）孔隙模型作为实验段并结合显微可视化技术,探究微尺度下泡沫在孔隙内的流动特性。实现在孔隙尺度下直接观测泡沫流体流动过程的实验条件。通过调节液相与气相的流量。同时,分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响。选用阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)为起泡剂,得到浓度为0.5wt.%表面活性剂溶液。以高纯N2作为实验气体。在液相体积流量Ql为0.1mL/min,泡沫质量fg为50%90%的范围内进行了实验。分析了泡沫发生器对泡沫流体在孔隙尺度下流动的影响及气泡在孔隙尺度下的生成、破裂、聚并、运移过程的机理。结果表明:泡沫发生器能够减小滞留气泡尺寸,增加气泡数量,增强泡沫对孔隙的封堵能力;卡断和薄膜分裂是两种主要的泡沫生成机理;气泡聚并现象出现的频率较低,且气泡之间相接触的液膜变化是产生气泡聚并的重要原因;多孔介质内的泡沫流动在局部是非稳态的,主要表现为滞留泡沫和流动泡沫状态的转换,其中气泡的再生成以及流动气泡对周围滞留气泡的扰动是导致产生这一变化的重要原因。另外,在有泡沫发生器的实验条件下,通过实验分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响,并得到的结论为:随着泡沫质量fg的增加,泡沫对孔隙的封堵性能增强;但在高泡沫质量下,由于流动气泡对滞留气泡的扰动作用,使孔隙内滞留气体饱和度和滞留气体份额有所降低;随着泡沫流体流量的升高,孔隙模型滞留气体饱和度升高,但在高流量下发生气窜现象;与CO2泡沫相比,在相同泡沫质量下N2泡沫对孔隙模型的封堵效果较好,表现出较窄的滞留气泡尺寸分布,泡沫稳定性较好。在泡沫质量fg为50～70%范围内,高渗透率孔隙模型内的滞留气体饱和度较大,但在泡沫质量大于70%时低渗透率孔隙模型下的滞留气体饱和度较大。泡沫在非均质结构的孔隙模型内流动时具有选择性封堵作用,即优先通过渗透率较高的区域。

关键词： 滑坡   强降雨   优先流   大孔隙   几何形态   分布特征  

摘要： 植被发育斜坡土体中普遍存在大孔隙,在强降雨过程中大孔隙产生的优先流加快降雨入渗,影响斜坡稳定。大孔隙结构影响优先流过程和优先流的水动力特性。为探明植被发育斜坡土体大孔隙结构的多尺度特征,本文在分析土体大孔隙研究进展的基础上,提出适用于研究植被发育斜坡土体大孔隙的试验方法。以云南省段家营、头寨、象冲、东月各、白泥山和贵州八渡滑坡的植被发育斜坡土体为研究对象,采用挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、SEM法定性和定量分析植被发育斜坡土体大孔隙的多尺度几何形态和分布特征。研究表明:挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、内窥镜检查和SEM法适用于分析植被发育斜坡土体的大孔隙结构;植被发育斜坡土体的大孔隙有腐烂根系通道、根-土间隙、动物通道、团聚体间大孔隙、土-石间隙、干缩裂隙和成因不明大孔隙,其中前四种是主要类型;各种大孔隙相互交织组成大孔隙网络系统;受到植物物种、树龄、动物物种、土体生态系统和立地条件的影响,不同类型大孔隙的多尺度几何形态和分布特征不同。将先进技术手段与染色剂溶液降雨模拟示踪试验结合起来,研究大尺度的大孔隙三维几何形态和分布特征是未来的主要工作。

关键词： 格子玻尔兹曼方法   两相渗流   非混相驱替   非牛顿流   粘性指进   粘性耦合  

摘要： 油气从地层到地面的流动过程是油气在地层中的渗流和在井筒中的多相流动的耦合。在一定的生产条件下,工作制度决定了地层中流体渗流的状态;反过来地层中流体的渗流状态又影响井筒流体的多相流动。因此,研究地层中流体的渗流特征对完井和生产具有重要意义。在稠油开发或采用聚合物驱油时,地层内的流体有出现非牛顿特征的可能,造成非均匀的粘度场分布,从而改变两相流体的渗流特征。因此,本文从孔隙尺度出发,从物理机理角度研究剪切稀释流引入的非均质粘度场对两相渗流系统的影响方式。基于格子玻尔兹曼平均场两相流模型,推导了幂律模型植入两相流模型的算法,并测试了一系列的合理边界条件算法。编制了引入非牛顿性的复杂两相流动数值模拟程序,并对模型算法进行了测试。在此程序的基础上,进行了一系列考虑非牛顿性的孔隙尺度两相渗流模拟。研究了三种流动场景:理想单孔道中的粘性指进、多孔介质中的粘性指进以及两相同流的粘性耦合。揭示了非牛顿性对两相渗流的影响机理,得出了一些新的认识与结论。1、对于理想单孔道中的粘性指进,表面粗糙度的存在会显著促进指进现象的形成,促进程度由粗糙高度和粗糙间距比共同控制。由于这种促进作用,指进发生的临界值毛管数和临界粘度比会发生改变。当被驱替液具有剪切稀释性,不同区域的粘度场对粘性指进有不同影响程度,并与当地的剪切速率呈正相关。Hele-Shaw模型试验在处理非牛顿流体时,失去了其研究牛顿流体时所具有的二维性质。随着被驱替液剪切稀释性增强,粘性指进更容易被重力效果实现分层。2、对于多孔介质中的粘性指进,证明了传统基于达西速度的有效粘度算法对两相流动从原理上的不合理性。揭示了剪切稀释性的增强会减弱界面不稳定性,证明了局部粘度场对界面不稳定性的影响在多孔介质中依赖于当地剪切速率的幅值。提出了基于当地粘度-剪切速率的孔隙尺度有效场粘度模型,以定量表征非均质粘度场对粘性指进的影响,并验证了模型的有效性。对非均质多孔介质中的驱替,揭示了剪切稀释性对驱替效率的影响机理,发现高流速区域的粘度幅值决定了整体流场的驱替效率。3、对于粘性耦合问题,研究了重力分层效果下牛顿流的粘性耦合效应,指出重力分层会显著降低非湿相的流动性。在牛顿流-剪切稀释流系统中,除润湿相对非湿相提供的润滑效应外,还发现剪切稀释流对自身的“自润滑效应”,这是由靠近壁面的低粘度层向远离壁面的高粘度层传递额外动量所导致,使其具有更强的流动性与更高的相对渗透率。界面张力的增加会降低系统整体的流动性,压力梯度的增加会同时改变毛管数与粘度比,从而改变两相同流的形态。4、提出了粗糙度修正模型与有效场粘度模型在孔隙网络模拟的植入算法。植入两个模型的孔隙网络模拟能够稳定运行,合理反映两个孔隙尺度参数在较大尺度三维模拟中产生的影响,并得出相应的驱替场及粘度场分布特征。通过本文的研究,加深了现有对涉及非牛顿性两相渗流系统的理解,为未来能够从宏观尺度准确模拟涉及稠油或聚合物的多相渗流提供了理论基础。对于实际工程问题,包括稠油油藏井筒见水情况的预测、相应完井的控水设计、聚合物驱、稠油开采的驱替效率等问题,具有一定的指导意义。

关键词： 构造煤   孔隙结构   分形维数   扩散系数   瓦斯扩散  

摘要： 构造煤孔隙结构复杂、孔径分布范围广、具有分形特征,学得构造煤初始扩瓦斯散速度高、扩散速度衰减快,瓦斯扩散表现出分形特学,经典扩散模型无法准确描述这类扩散过程,利用经典扩散模型计算的损失瓦斯量存在误差,导致构造煤瓦斯含量测不准。因此,如何将构造煤多尺度孔隙结构特征、孔隙分形特征与瓦斯扩散分形特学联系起来,如何基于分形理论分析构造煤瓦斯扩散规律、探讨构造煤瓦斯扩散机理、建立构造煤瓦斯分形扩散模型等是亟待解决的问题。针对上述问题,本论学基于瓦斯地质、传质及分形几何等多领域理论交叉,运用实验室实验、理论分析及现场验证等手段相结合的方法,重点研究了构造煤多尺度孔隙结构与孔隙分形综合表征、构造煤瓦斯扩散规律及分形扩散机理、基于分形理论的构造煤瓦斯分形扩散模型等内容,在此基础上提出了基于构造煤瓦斯分形扩散模型的新型损失瓦斯量计算方法,并结合实测数据进行了验证与应用。本论学主要取得了以下研究成果:（1）探讨了多尺度孔隙结构结构综合表征方法,揭示了构造煤多尺度孔隙结构特征。采用低温CO2吸附、低温N2吸附及压汞等测试手段分别获得了微孔、介孔和大孔的孔隙特征,基于压汞—吸附联合法综合表征了构造煤多尺度孔隙结构参数。构造煤中孔隙以微孔（<2nm）最为发育,孔容和孔比表面积占总量的绝大多数;大孔（>5nm）和介孔（2～5nm）次之。构造煤多尺度孔隙分布受煤体破坏程度影响,总孔容及阶段孔容随煤体破坏程度增高而增大,其中大孔和介孔的孔容增长幅度相对较高,微孔孔容增长幅度相对较小,导致大孔孔容比和介孔孔容比随煤体破坏程度增高而增大、微孔孔容比随煤体破坏程度增高而减小,据此推测煤体结构破坏对微孔影响相对较小。（2）探讨了构造煤微孔分形维数计算模型,提出了构造煤多尺度孔隙分形综合表征方法,揭示了构造煤多尺度孔隙结构的分形特征。从构造煤孔隙大小分布的标度不变学出发,结合微孔充填模型讨论了利用微孔分布密度函数与孔径数据计算微孔分形维数的方法。定义了构造煤多尺度综合分形维数,并提出了以孔容比为学重对吸附法分形维数（低温CO2吸附、低温N2吸附）和压汞法分形维数进行加学平均的多尺度综合分形维数计算方法。构造煤孔隙多尺度综合分形维数随着构造煤破坏程度的增强而增大,其中碎粒煤与糜棱煤的孔隙分形维数分布较为接近,而碎裂煤的孔隙分形维数分布则与学生结构煤较为相似。（3）通过常压瓦斯解吸—扩散实验和变压瓦斯解吸—扩散实验,分别揭示了两种环境压力条件下（即常压和变压）的构造煤瓦斯扩散动力学特征。在构造煤瓦斯扩散过程中扩散系数随时间延长而衰减,具有初期衰减幅度大、衰减速度快的特点,造成构造煤初期瓦斯扩散量大、瓦斯扩散速度高、瓦斯扩散速度衰减快,扩散过程在时间方向上表现出拖尾现象,具有物理学中反常扩散的特征。两种环境压力下的瓦斯扩散规律基本一致:相同吸附平衡压力和煤体破坏程度下,无烟煤比贫瘦煤的瓦斯扩散量和初期扩散速度更大、扩散速度衰减更快,扩散拖尾现象更学显;相同吸附平衡压力和变质程度下,煤体破坏程度越强,则瓦斯扩散量和初期扩散速度越高、扩散速度和扩散系数衰减越快,扩散拖尾现象越学显。（4）研究了不同破坏程度煤的扩散系数衰减规律,提出了描述构造煤扩散系数随时间衰减过程的方程。基于实验数据发现,构造煤孔隙综合分形维数随煤体破坏程度的增强而增大,而扩散系数衰减速度又随孔隙综合分形维数的增大而增快。在此基础上,提出了不同破坏程度煤所适用的扩散系数衰减方程:即幂数式适用于糜棱煤和碎粒煤,对数式适用于碎裂煤,指数式适用于学生结构煤。（5）基于分形理论,揭示了构造煤瓦斯扩散机理。将构造煤瓦斯扩散过程简化为甲烷分子在构造煤孔隙内的布朗运动,据此研究了构造煤孔隙结构分形特征与瓦斯扩散分形特学的关系:孔隙分形维数d_f越大,则瓦斯扩散路径的分形维数dw越大,扩散系数衰减越快;谱维数ds越大,则瓦斯扩散路径的分形维数dw越小,扩散系数衰减越慢。扩散系数受孔隙分形特征影响,随扩散径向距离增大和扩散时间延长而衰减。（6）建立并验证了构造煤瓦斯分形扩散模型,提出了基于瓦斯分形扩散模型的损失量计算方法。通过构造煤颗粒球体由分形毛细管沿不同径向堆积而成的物理假设,引入孔隙综合分形维数、分形时变扩散系数及时间分数阶偏微分方程等工具建立了构造煤瓦斯分形扩散数学模型,利用分离变量法求取了该模型的解析解,采用瓦斯扩散实验数据与模型拟合曲线进行对比证学了该模型具有较高的准确学和较好的适用学。基于瓦斯分形扩散模型提出了损失瓦斯量计算方法,并利用现场实测瓦斯含量数据验证了该方法的精确学,能够满足生产需要。

关键词： 孔隙尺度   数字岩石   格子Boltzmann方法   孔渗性质   算法实现  

摘要： 岩心能为储层评价提供基础数据,岩心分析可以获得岩石的骨架性质、孔隙结构和渗流性质等。数字岩石物理是一个理解孔隙尺度流动过程和确定岩石物理性质的有力工具。数字岩石物理使用图像处理技术获取岩石的粒度组成、孔隙度和孔隙大小分布等性质,还可应用计算流体动力学方法模拟孔隙尺度上单相和两相流体的流动,并计算绝对渗透率、毛管力和相对渗透率等性质。数字岩石物理相比实验室岩心分析,可以直观地理解孔隙尺度上流动特征。以流体动力学理论和气体动力学理论为基础,推导了格子Boltzmann方程,使用Chapman-Enskog分析恢复了格子Boltzmann方程对应的宏观方程。应用数字图像处理技术离散了体中心立方体和面中心立方体,并且计算了Berea砂岩子样的粒度组成、孔隙度、孔隙大小分布和孔隙连通性等物理性质。给出了单松弛时间模型和双松弛时间模型的基本算法以及程序实现方式,计算了体中心立方体、面中心立方体和Berea砂岩子样的绝对渗透率。选取Berea砂岩切片为研究对象,应用颜色梯度模型计算了不同毛管数、粘度比和润湿性条件下的相对渗透率。格子Boltzmann方法模拟不可压缩Navier-Stokes方程时,Ma数应该尽可能小。Berea砂岩子样粒度组成均匀,颗粒偏小,属于细砂岩。Berea砂岩子样孔隙大小分布比较均匀,孔隙半径主要集中在10-35μm之间,大约占74.40%,平均孔隙半径为25.252μm。绝对渗透率与数字岩石大小有关,数字岩石越大,绝对渗透率越接近实际值。单松弛时间模型的松弛时间明显地影响绝对渗透率,而松弛时间与流体运动粘度相关,因此流体运动粘度会影响绝对渗透率。双松弛时间模型的魔法参数控制了模型的稳定性和精度,流体运动粘度可以单独调整。非润湿相和润湿相渗透率随毛管数的增大而增大,然而非润湿相渗透率相比润湿相渗透率增加的更加明显。当粘度比比较大时,因为吸附在岩石表面上的润湿相流体较多,所以润湿相流体的相对渗透率会下降。岩石表面从强润湿转变到中间润湿时,非润湿相相对渗透率会明显减小,而润湿相相对渗透率有一定增大。

关键词： 微粒捕集器(DPF)   体积格子玻尔兹曼方法(VLBM)   孔隙尺度   流场模拟  

摘要： 柴油机依靠其良好动力性和经济性的优势,自问世以来,便在车辆、船舶等动力装置得到广泛应用。与此同时,柴油机微粒排放物也带来严重的污染问题,引起人们的广泛关注。本文采用体积格子玻尔兹曼方法(VLBM),在孔隙尺度上,论述了多孔介质过滤体结构和进口速度对捕集器通道模型内流场的影响,为柴油机微粒捕集器的数值模拟研究提供一个新的思路。结果表明,孔隙度越大,微粒捕集器孔道模型中的流场越稳定,进出孔道压差越小;相比于孔隙度,过滤体厚度对流场影响较小,然而过滤体厚度越大,进出口孔道压差越大;进口速度越大,流场越紊乱,压差越大。