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《河海大学》 2005年
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非饱和水气两相渗流数值模拟研究及应用

刘昌军  
【摘要】:在研究多孔介质中,非饱和带中流体系统的研究在科学和工程研究领域中占着重要的地位,尤其在地下水动力学中,非饱和带更是具有举足轻重的作用,它是联系地表和地下水系统的纽带。随着非饱和研究的不断深入,非饱和渗流也从简单的单相流开始发展到复杂的两相渗流到多相渗流。特别是在岩土工程和水利工程中研究降雨入渗下饱和非饱和水气两相渗流具有重要意义。 本文借助于油气藏领域研究比较完善的水气两相渗流理论和实验成果,推导了水气两相渗流的一般微分方程。详细介绍了水气两相渗流的数学公式及其求解方法。在以往常用的求解方法是IMPES方法(即隐式求解压力,显示求解饱和度),该方法收敛速度慢,不适合复杂的数值模拟计算。随着计算机速度的不断发展,该方法越来越显的力不从心。本文采用了一种收敛速度快,计算精度高的用于求解水气两相渗流耦合模型的方法—全隐式联立求解方法(即压力和饱和度全部是隐式求出的),该方法克服了IMPES求解方法的数值弥散问题,实现了模型求解的无条件稳定。 本文上述理论及充分研究降雨入渗机理的基础上,主要从模型的建立、方法的创新等方面对降雨入渗下饱和—非饱和水气两相渗流作了深入的探讨。详细推导了降雨入渗下的饱和—非饱和水气两相渗流耦合数学模型,并对该模型采用了有限差分和全隐式联立求解方法进行了求解。从算例结果可以看出,采用水气两相渗流研究降雨入渗饱和—非饱和渗流更能反映非饱和土体渗流场的变化和入渗机理。 在上述水气两相渗流的数学模型基础上,结合煤层气产出运移原理,建立了煤层气运移产出的两相渗流数学模型。并将该模型用于沁水盆地实际工程中,利用该井的气、水排采资料及井中动液面的观测曲线,通过对气水产量的历史拟合计算,对影响该井煤层气产出的主要参数进行了校正、识别及其灵敏度分析,在此基础上对TL007井不同工况下气水产量进行了预测,取得了良好的效果。
【学位授予单位】:河海大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TV223.6

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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3 陈学东;浅层非饱和带降雨入渗规律的试验与数值研究[D];河海大学;2005年
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6 唐莲;中水灌溉土壤非饱和带污染物运移的实验研究及数值模拟[D];西安理工大学;2004年
7 徐宏妍;真空管井复合降水室内实验研究及机理探讨[D];中国地质大学(北京);2009年
8 唐鹏;非饱和带环境中岩石结构体风化前锋扩展过程的温度效应[D];昆明理工大学;2008年
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