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基于格子Boltzmann方法的混相驱替过程模拟研究

梁义强  
【摘要】:混相驱替过程的研究具有重要的科学研究和工程实际应用价值,特别是对于近年来受到广泛关注的二氧化碳的地下封存和以提高石油采收率为代表的二氧化碳资源化利用研究和工程具有重要意义。多孔介质内的混相驱替过程是具有复杂多相多组分流动和复杂几何通道的流体动力学问题,其影响因素涉及到流体物性,孔隙结构和壁面润湿性等。至今,对于混相过程(特别在多孔介质内)的认识尚不清晰,因此,多孔介质内的混相驱替过程的研究具有重要的学术价值和应用意义。本文建立了改进的多组分格子Boltzmann模型,对照混相过程实验验证了模型的可行性,研究了单孔隙模型中各因素对混相过程的影响,最后,提出多孔介质的几何特征单元概念并研究了其对混相过程的影响。具体内容如下: (1)改进的多组分格子Boltzmann模型基于两流体模型,考虑各组分对主流场的影响,引入势函数概念描述各组分对壁面的润湿性,改进了相互扩散系数的处理方式使得模拟更加与实际相符。 (2)采用建立的模型对实验室中封闭管中扩散传质实验和圆管中超临界二氧化碳驱替正癸烷实验进行了模拟。模拟结果与实验的过程演化图能够很好的进行对比,特征量的变化过程曲线也能够很好的吻合,这证实了我们改进的模型的可行性,也验证了模型的正确性。 (3)定义能够描述混相过程的特征量,通过考察这些特征量的变化研究了雷诺数Re,佩克莱数Pe,黏度比R和壁面润湿性对于驱替过程的影响。 (4)创新地提出多孔介质的几何特征单元:死穴、回流区和分叉流,采用改进的格子Boltzmann模型研究了各特征单元对单通道内混相驱替过程的影响。


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