冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)換熱是自然界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常遇到的物理過(guò)程,具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景。研究?jī)缏闪黧w在多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)換熱規(guī)律具有重大的科研價(jià)值及工程指導(dǎo)意義。由于冪律流體獨(dú)特的流變特性及多孔介質(zhì)空隙多尺度行為的復(fù)雜性,目前這方面的研究成果具有一定的局限性,還有不少重要問(wèn)題亟待全面深入的研究和探索。例如:冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)換熱方面的實(shí)驗(yàn)研究較為欠缺,冪律流體在顆粒堆積多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)阻力特性研究還缺乏深入的理論分析,對(duì)冪律流體非達(dá)西流流動(dòng)特征及黏性耗散效應(yīng)的認(rèn)識(shí)還不充分等。基于上述問(wèn)題本論文主要的研究工作包括:首先,選用一定流變參數(shù)的聚丙烯酰胺(HPAM)溶液作為冪律流體介質(zhì),設(shè)計(jì)搭建單一粒徑球形顆粒規(guī)則排列的多孔介質(zhì)骨架模型。實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同流變特性的HPAM溶液在真實(shí)物理結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)和換熱的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)分析冪律流體在不同多孔介質(zhì)模型的流動(dòng)換熱規(guī)律,且引入綜合換熱效率評(píng)價(jià)其流動(dòng)換熱特性。結(jié)論為冪律流體在顆粒有序堆積多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)換熱機(jī)理研究補(bǔ)充了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其次,基于經(jīng)典Carman-Kozeny-Blake模型及孔喉通道模型,提出一個(gè)冪律流體在單一粒徑球形顆粒堆積多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)的阻力計(jì)算模型。針對(duì)冪律流體的流變特性,考慮邊壁對(duì)壓力降的影響,利用平均水力半徑理論,推導(dǎo)出各物理量意義明確的修正Ergun型方程,詳細(xì)探討迂曲度、孔隙率、喉孔比、顆粒直徑、邊壁修正系數(shù)、滲透率及冪律指數(shù)等重要參數(shù)對(duì)流動(dòng)阻力特性的影響。接著,基于Darcy-Brinkman-Forchheimer流動(dòng)模型,合理假定邊界層內(nèi)線性、拋物線兩種速度分布關(guān)系式,采用邊界層動(dòng)量積分法,推導(dǎo)出邊界層厚度、軸向流速及壓降的顯式無(wú)量綱計(jì)算表達(dá)式。分析達(dá)西數(shù)、綜合慣性參數(shù)、黏度比、孔隙率及冪律指數(shù)等對(duì)流速和壓降的影響,闡明冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)的非達(dá)西流流動(dòng)特征。最后,對(duì)冪律流體在多孔介質(zhì)內(nèi)對(duì)流換熱過(guò)程中的黏性耗散效應(yīng)進(jìn)行了研究,推導(dǎo)出無(wú)量綱流速分布、溫度分布及對(duì)流換熱特征數(shù)的計(jì)算表達(dá)式,利用經(jīng)典四階Runge-Kutta法對(duì)不同情形下的黏性耗散效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值求解。發(fā)現(xiàn)對(duì)流換熱特性與速度分布密切相關(guān),Darcy項(xiàng)和Forchheimer項(xiàng)對(duì)應(yīng)的黏性耗散效應(yīng)會(huì)強(qiáng)化對(duì)流換熱能力,而Al-Hadhrami項(xiàng)對(duì)應(yīng)的黏性耗散效應(yīng)會(huì)減弱對(duì)流換熱能力。明確布林克曼數(shù)、達(dá)西數(shù)、綜合慣性參數(shù)和冪律指數(shù)等特征參數(shù)對(duì)流動(dòng)換熱特性的影響機(jī)理。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TK124
【部分圖文】：

?＿?＿盡??Ｗｍ??圖１．１幾種常見(jiàn)的多孔介質(zhì)材料??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｓｅｖｅｒａｌ?ｃｏｍｍｏｎ?ｐｏｒｏｕｓ?ｍｅｄｉａ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??戀??圖１．２地下油田開(kāi)采示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ?ｏｉｌ?ｆｉｅｌｄ?ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ??近些年我國(guó)大部分油田己經(jīng)進(jìn)入高含水期，如何進(jìn)一步提高油氣資源采收率非常重??要，三次采油（如泡沫驅(qū)、聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)）工藝的研究和普遍應(yīng)用迫在眉睫［４，６］。??聚合物水溶液體現(xiàn)了強(qiáng)烈的非牛頓流體特性，在工程上常遇到的非牛頓流體多視為冪律??型非牛頓流體（以下均簡(jiǎn)稱(chēng)為冪律流體），其流變本構(gòu)方程相對(duì)其他非牛頓流體較為簡(jiǎn)??單，可以用來(lái)描述，研究表明應(yīng)用冪律定律解決實(shí)際問(wèn)題是比較有效的。目前，??２??

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本文編號(hào)：2835672