發(fā)布時間：2019-11-10 16:56

【摘要】：流體在多孔介質(zhì)內(nèi)的流動是許多領(lǐng)域(如地質(zhì)、石油與天然氣、材料工程、化工工程、生物工程、機械工程、醫(yī)藥及環(huán)境保護等領(lǐng)域)都非常關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的研究方法一般從宏觀角度,假設(shè)流體在整個多孔介質(zhì)的空間內(nèi)流動,即滲流,并不關(guān)注實際孔隙內(nèi)的具體流動情況。而隨著對多孔介質(zhì)流研究的深入,人們不再滿足基于滲流假設(shè)的宏觀研究,借助于微觀、介觀試驗方法,人們逐漸揭開了多孔介質(zhì)復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的面紗,對于宏觀現(xiàn)象的微觀、介觀機理的研究也提上日程。格子玻爾茲曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)以分子動理學理論、統(tǒng)計力學理論的Boltzmann方程為基礎(chǔ),建立離散速度模型來模擬粒子在孔隙空間內(nèi)的運動,通過數(shù)值求解分布函數(shù),從而獲得宏觀流動信息,為人們研究流體流動提供了一種嶄新的方法,逐漸被應(yīng)用于多孔介質(zhì)流、多相多組分流、燃燒與爆破、化學反應(yīng)流、微／納米尺度流、生物工程、機械工程等諸多領(lǐng)域。本文使用MATLAB編程實現(xiàn)了單松弛度的、等溫不可壓標準LBM算法,對人工構(gòu)造的規(guī)則排列的柱群以及基于粉砂CT掃描成像并三維重構(gòu)獲得的數(shù)字巖芯孔隙內(nèi)的流動使用LBM進行了模擬。具體如下：(1)以LBM對規(guī)則排列的圓柱陣列構(gòu)成的多孔介質(zhì)孔隙內(nèi)水的流動規(guī)律做了模擬分析,與他人的結(jié)論進行了對比,發(fā)現(xiàn)所建立的模型與已有結(jié)果完全吻合；(2)基于對Lee和Yang正方形排列的圓柱群滲透率公式的修正以及LBM的模擬結(jié)果,提出了相對誤差更小的、適用于等邊三角形排列的圓柱群的滲透率公式；(3)基于正方形排列的橢圓柱群的LBM模擬結(jié)果,提出了考慮不同橢圓柱長短軸比以及不同角度(橢圓長軸與滲流方向的夾角)的滲透率公式；(4)基于正方形排列的橢圓柱群,通過改變定向排列方向(0°-90°,為橢圓長軸與滲流方向的夾角)以及該方向定向排列的程度,研究了定向排列方向及定向排列程度對滲透率的影響；此外,還模擬了隨機形狀(隨機尺寸的圓、橢圓)、隨機傾向的柱群孔隙內(nèi)的水流流動；(5)基于具有片狀顆粒的粉砂的CT掃描成像重構(gòu)出的數(shù)字巖芯,模擬了流速較低時、飽和砂土孔隙內(nèi)水的流動規(guī)律；將LBM模擬的滲透率結(jié)果與滲流試驗測得的滲透率結(jié)果進行對比,二者結(jié)果相差不大,大致在同一個數(shù)量級。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE312

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本文編號：2558949