收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多孔介质内多组分非均相反应流的格子Boltzmann方法研究

张婷  
【摘要】:多孔介质内多组分非均相反应流在能源、环境、工业及工程应用中,如提高石油采收率、二氧化碳的地下埋存、地下水资源污染、生物处理法、化学工业过程等应用中广泛存在。大量文献表明,尽管目前人们对于这类问题已有深刻的理解,但由于该问题自身的复杂性,如其通常包含多个尺度(微尺度、宏观尺度和场)及多个物理化学过程(对流,扩散及化学反应),另外,化学反应的发生会导致孔隙结构发生变化等,大大限制了人们对其背后物理机制的认识。由于这类问题的复杂性,传统的数值方法在研究这类问题时存在边界处理复杂、动态边界难以实现、并行效率低等缺点。近年来,基于分子动理论而来的格子Boltzmann方法(LBM),由于其微观本质和介观特点,使得该方法特别适合用于研究多孔介质内的多组分非均相反应流。 目前,格子Boltzmann方法对孔介质内的多组分非均相反应流的研究,仍有一些问题还未解决,包括对流扩散方程的格子Boltzmann模型方面,用于处理浓度边界条件的边界条件处理格式方面以及实际的应用方面。正是基于这样的现状,本文首先发展了格子Boltzmann方法的相关理论,在此基础上,采用格子Boltzmann方向及相应的边界处理格式对多孔介质内的流动、反应扩散问题进行了详细的研究。 论文的主要工作包括下面两个方面,在格子Boltzmann方法的相关理论方面: (1)本文提出了一个可以用来刻画轴对称流动及扩散问题的不可压格子Boltzmann模型,该模型具有形式简单,源项中不包含复杂外力梯度项的特点,此外,该模型可以减小可压缩效应,弥补了已有模型的不足。 (2)进一步提出了一类一般的半反弹处理格式,用来处理浓度边界条件。该半反弹边界处理格式,不仅可以用来处理具有一般形式的浓度边界条件(混合边界条件),而且非常适合用于处理具有复杂结构的边界。因此,该边界处理格式非常适合用来处理多孔介质内对流扩散问题的边界条件。 在多孔介质内流动、反应扩散问题的数值研究方面: (1)研究了三维单孔隙内、圆柱均匀填充的多孔介质以及随机填充的多孔介质内的互溶驱替现象。分析了佩克莱特数、粘性比及多孔介质结构对驱替问题中浓度场及驱替效率或残余率的影响,对于由圆柱均匀排列组成的多孔介质内的互溶驱替问题,还分析了两种不同的多孔介质结构对指进现象以及指尖位置、速度变化趋势的影响。研究结果表明:随着佩克莱特数或粘性比的增大,指进现象越来越明显,被驱替流体的残余率愈来愈大,驱替率降低。 (2)采用了本文提出的半反弹处理格式研究了多孔氧化钙吸收二氧化碳的过程,并分析了不同参数,如达姆科勒数、氧化钙颗粒粒径及摩尔体积比对氧化钙转化率的影响。此外,还研究了多孔介质中的溶解和沉淀现象,分析了不同参数对多孔介质孔隙结构及浓度分布的影响。研究结果表明:对于气固反应,颗粒粒径大小对反应物转化率的影响最为明显,而对于溶解沉淀现象,达姆科勒数对多孔介质结构的影响最大。 总之,本文利用格子Boltzmann方法从孔隙尺度上研究了多孔介质内的流动、反应扩散问题,为推动该方法在渗流领域中的应用作出了许多有益的尝试。同时,本文针对具有大压差、轴对称性质的流动及扩散问题和复杂多孔介质中的浓度边界条件,分别构造了新的不可压轴对称格子Boltzmann模型和半反弹边界条件。通过采用格子Boltzmann方法对多孔介质内的互溶驱替问题及非均相反应流问题进行大量的数值试验,发现了一些新现象,并分析了这些现象背后的物理化学机制,为后续的工作研究奠定了必要的基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张东晖,施明恒,金峰,杨浩;分形多孔介质的粒子扩散特点(Ⅱ)[J];工程热物理学报;2004年05期
2 钱吉裕;李强;宣益民;;Lattice-Boltzmann方法计算多孔介质内固液相变问题[J];自然科学进展;2006年04期
3 雷树业,郑贯宇;含湿多孔介质传热传质三参数渗流模型研究方法[J];清华大学学报(自然科学版);1997年02期
4 郑忠,高小强,石万元;多孔介质中流体流动的格子气自动机模拟[J];化工学报;2001年05期
5 梅海燕,张茂林,熊中辉,杜志敏,孙良田;吸附测试数据的处理与应用[J];特种油气藏;2004年03期
6 杨勃,李维仲;热质渗透壁面饱和多孔介质通道流动与热质传递的数值模拟[J];热科学与技术;2004年04期
7 杨小松,孙雷,孙良田,石勇,黄全华;多孔介质中凝析油气体系相平衡规律的研究现状及其意义[J];天然气勘探与开发;2005年02期
8 吴效楠;扈显琦;祁强;;多孔介质中天然气水合物相平衡条件研究进展[J];河北化工;2010年06期
9 白东华;确定多孔介质储层参数的新方法[J];应用数学学报;1983年01期
10 N.V.Ortiz;J.A.Ferentchak;F.G.Ethridge;H.C.Granger;K.Sunada;王志明;;科罗拉多高原的地下水流与铀[J];世界核地质科学;1985年03期
11 乔文孝;多孔介质声学理论的研究与声波测井[J];测井技术;1989年06期
12 邓聚成;;含有溶质的流体在两层多孔介质中的渗流问题[J];数学季刊;1992年03期
13 刘银斌,李幼铭,吴如山;横向各向同性多孔介质中的地震波传播[J];地球物理学报;1994年04期
14 刘松;渗滤的系统及其分析及其数学模型[J];数学物理学报;1994年04期
15 N.Dai;波在均匀的多孔介质中的传播:速度-应力有限差分法[J];勘探地球物理进展;1995年06期
16 江东,王建华,郑世书;多孔介质孔隙结构的分形维数:测试、解算与意义[J];科技通报;1999年06期
17 雷树业,杨荣贵,杜建华;非饱和含湿多孔介质传热传质的渗流模型研究[J];清华大学学报(自然科学版);1999年06期
18 胡雪蛟,刘翔,杜建华,王补宣;非固结多孔介质突破压力的逾渗模型[J];清华大学学报(自然科学版);2001年06期
19 郭平,孙良田,孙雷,李士伦;多孔介质对凝析气露点的影响讨论[J];中国海上油气(地质);2001年03期
20 谷建伟,刘彦卫;微生物在多孔介质中渗流的数学模型[J];生物数学学报;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方科;陈锋;苏雁军;;一种环境水质的格子Boltzmann建模研究[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
2 赫万恒;钱跃竑;;浅水波方程的格子Boltzmann模拟[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
3 戴传山;刘学章;;格子Boltzmann方法用于多孔介质与自由流体开口腔体内自然对流的数值模拟研究[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
4 董宇红;;基于格子Boltzmann方程的大涡模拟及湍流时空关联性的研究[A];第十二届现代数学和力学会议论文集[C];2010年
5 ;The Gap between Linearized Poisson-Boltzmann Theory and DLVO Theory[A];第七届全国液体和软物质物理学术会议程序册及论文摘要集[C];2010年
6 ;A Fluctuating Lattice-Boltzmann Model for Direct Numerical Simulation of Particle's Brownian Motion[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(下)[C];2008年
7 李志辉;方明;唐少强;;气体运动论统一算法与DSMC方法描述Boltzmann方程的一致性研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
8 梁功有;曾忠;张永祥;张良奇;姚丽萍;邱周华;;封闭方腔内自然对流的格子Boltzmann方法模拟[A];重庆力学学会2009年学术年会论文集[C];2009年
9 刘雪梅;许友生;;格子Boltzman方法研究竖直多孔介质板内混合对流传热传质问题[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
10 郭照立;王华龙;;气体滑脱效应的格子Boltzmann模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 荣伏梅;基于格子Boltzmann方法的多孔介质REV尺度的流动与强化传热研究[D];华中科技大学;2011年
2 张云;多孔介质中流动的格子Boltzmann模拟[D];中国石油大学;2011年
3 张婷;多孔介质内多组分非均相反应流的格子Boltzmann方法研究[D];华中科技大学;2012年
4 刘芳;格子Boltzmann方法求解偏微分方程的相关研究[D];吉林大学;2011年
5 史秀波;用于波动方程的格子Boltzmann方法及数值模拟研究[D];吉林大学;2010年
6 闫铂;反应扩散方程的格子Boltzmann方法及数值模拟[D];吉林大学;2011年
7 张建影;用于复Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann方法[D];吉林大学;2011年
8 王勇;格子Boltzmann方法在热声领域的应用及热声谐振管可视化实验研究[D];西安交通大学;2009年
9 武芳芳;用格子Boltzmann方法求解一类变系数偏微分方程[D];吉林大学;2012年
10 李俏杰;格子Boltzmann方法在几类典型偏分方程及高速压制成形中的应用[D];中南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邵九姑;用格子Boltzmann方法模拟研究多孔介质中的传质传热问题[D];浙江师范大学;2012年
2 芮淼;燃煤添加剂研究及多孔介质内流体流动的格子Boltzmann方法模拟[D];浙江大学;2012年
3 梁义强;基于格子Boltzmann方法的混相驱替过程模拟研究[D];大连理工大学;2012年
4 杨佳庆;格子Boltzmann方法的细观渗流数值模拟[D];中国科学技术大学;2010年
5 李霞;用Lattice Boltzmann方法处理传热传质中的固液相变问题[D];浙江师范大学;2011年
6 许鹤林;格子Boltzmann方法理论及其在流体动力学中的应用研究[D];复旦大学;2010年
7 叶丽娜;基于格子Boltzmann模型的Kuramoto-Sivashinsky方程的数值模拟研究[D];吉林大学;2011年
8 沈峰;均匀各向同性湍流的格子Boltzmann模拟[D];华中科技大学;2009年
9 陈林婕;几类非线性偏微分方程的格子Boltzmann方法[D];福建师范大学;2010年
10 邓玉瑾;热声谐振管中声振荡的格子Boltzmann模拟[D];华中科技大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 尚德荣;格子裙给冬天点颜色[N];中国质量报;2000年
2 本报记者 顾一琼;“格子铺”赢得年轻人青睐[N];文汇报;2008年
3 YMG记者 王波 凌云鹏 通讯员 潘鲁宁;“爱心格子店”培育爱心[N];烟台日报;2010年
4 罗闻;格子装尽显柔情[N];中国商报;2001年
5 王炳坤陈光明;格子店“试水”鞍山,投资百元可当老板[N];新华每日电讯;2008年
6 廖晓生;花90元租个“格子”当老板[N];南昌日报;2008年
7 胡彦殊;“格子铺”成长要迈三道坎[N];四川日报;2008年
8 本报记者 傅盛宁实习生 吴翀;“格子店”:低成本创业[N];深圳商报;2008年
9 本报实习记者 王培根;用百万格子赚百万美元![N];电脑报;2005年
10 林志芳;武汉“格子铺”无人问津[N];市场报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978