双重孔隙介质非线性流固耦合渗流

本文给出了考虑双孔双渗介质弹性变形的流固耦合渗流模型。不仅考虑了固结对渗流的影响,同时也考虑了固体变形对渗流参数(孔隙度和渗透率)的影响。这样,渗流就成了双孔双渗介质中非线性流固耦合渗流。在此基础上,本文还推导了双重孔隙介质非线性流固耦合渗流有限元计算格式,编制了计算机程序,并可模拟单孔隙,双重孔隙,常系数线性和变系数非线性等流固耦合渗流计算。给出了算例并作了对比。结果表明,固体变形引起的介质参数变化对流体渗流早中期过程有重要的影响,对渗流后期影响并不大。这对于石油开采有重要的参考价值。     

平行结构流固耦合振动特性的研究

本文以多片平行悬臂板为模型,对平行结构流固耦合振动特性问题从理论上进行了探讨,导出了便于分析计算的理论表达式,并进行了计算与实验验证。结果说明,分析方法正确,对于分析实际水工结构的完全流固耦合问题具有现实意义。     

裂隙岩体渗流模型研究现状与展望

裂隙岩体渗流对于边坡、地下工程及基础岩土体的承载能力有显著的制约作用。本文简要地介绍了多种裂隙岩体渗流模型研究现状,评述了几类比较有代表性的渗流模型特点以及存在的不足,为选取合理的数学模型用于求解具体的裂隙岩体渗流问题提供了参考依据,并在上述基础上提出了一些需要进一步研究的问题。指出就目前应用最为广泛的等效连续介质模型而言,裂隙岩体几何参数、有效孔隙度以及等效渗透张量的确定仍有待于更深入的研究,而从细观力学结构入手研究渗流耦合模型将具有重大的理论意义和实用价值。     

裂缝性油藏流固耦合渗流

本文给出了考虑介质变形的双重孔隙介质流固耦合渗流模型,并考虑渗流参数随有效应力而变化的非线性双重孔隙介质流固耦合渗流,在此基础上,本文还推导了双重孔隙介质非线性系数非线性等流固耦合流流计算,并给出了算例。     

统一的管阵流固耦合均匀化模型

采用渐近均匀化方法,得到了管阵流固耦合的两套完全等价的控制方程,发现它们正好分别是Ｓｃｈｕｍａｎｎ和Ｂａｎｎｅｒ在１９８１年和Ｂｒｏｃｈａｒｄ和Ｈａｍｍａｍｉ在１９９１年提出的两套方程,给出了相应的两套参数之间的相互联系．这说明,由于本文的推导,现有的理论得到了统一     

长单索结构的多参数流固耦合分析

介绍了长索结构在风场中的流固耦合振动,总结已有的流固耦合基本理论,着重介绍弱耦合问题的具体分析过程. 以100 m长索在不同拉索倾角和风向角的多参数流固耦合风振为例,应用ANSYS-CFX软件分别在层流模型和湍流模型风场中进行数值分析,得出与力学概念分析基本一致的结果.     

裂缝性低渗透油藏流固耦合渗流分析

在低渗透油田的开发过程中，油藏流体渗流和储层岩土之间存在明显的耦合作用。本文首先研究给出了低渗裂缝性储层孔渗参数的等效方法，然后将渗流力学和岩土力学相结合，给出了低渗透裂缝性储层流固耦合渗流的数学模型，该模型不仅可以反映基质孔渗参数在开发中的变化，而且更能反映裂缝开度变化所引起的渗透率变化，而这对于低渗透裂缝性油田而言十分重要。最后对一实际井网进行了流固耦合油藏数值模拟，给出了开发过程中孔渗参数的变化及其耦合效应对油田开发的影响．     

风场中长单索结构流固耦合效应的动力学分析

本文介绍了长单索结构的风致振动现象及传统单索动力计算方法,分析了进行流固耦合计算的必要性.详细阐述了流固耦合的基本理论和方法,并介绍了有限元软件ANSYS的流固耦合计算流程.根据两种工况下的流固耦合算例分析,给出了长单索结构跨中节点的位移、应力以及索表面风压等物理量的时程曲线,通过对不同工况以及不同流场模型的模拟和分析比较,探讨了基于流固耦合分析的长单索结构风致振动响应的特点,对长单索结构的风致振动分析和设计具有参考意义.     

薄膜结构流固耦合的CFD数值模拟研究

基于弱耦合分区求解策略,在CompaqVisualFortran6．5环境下搭建了薄膜结构三维流固耦合效应的CFD数值模拟平台。程序采用模块化编程思想,主要包含几何建模、流体分析、结构分析和数据交换四个模块。其中几何建模模块采用自行编制的膜结构找形分析程序,流体分析模块采用经过二次开发的计算流体力学软件FLUENT6．0,结构分析模块采用自行编制的膜结构动力分析程序MDLFX;在数据交换模块中,编制了基于薄板样条法的插值计算程序,以实现流固交界面上不同区域网格间的数据传递问题,编制了基于代数法和迭代法的动网格变形程序,以实现流固耦合运算中的动网格更新。基于该软件平台,对单向柔性屋盖和鞍形膜结构屋盖进行了流固耦合数值模拟,验证了方法的有效性。     

爆室内强爆炸中的流固耦合计算

为评估强爆炸的毁伤效应,在已有的辐射流体力学及结构动力学响应部分工作的基础上,本文采用流固耦合方法对耦合界面进行了处理,并考虑辐射输运引起的能量沉积过程,使得强爆炸产生的辐射波、冲击波和结构动力学响应两部分可以较好地耦合计算,从而能够较完整地模拟爆室内强爆炸的辐射流体动力学过程.计算结果与定性物理分析相符,证明了算法的...     

裂隙岩体三维随机裂隙建模与渗流数值仿真研究

裂隙岩体数值仿真是研究工程岩体稳定性的重要方法之一,本文围绕三维裂隙岩体随机裂隙建模和渗流仿真展开研究。针对三维裂隙空间定量表征问题,基于空间解析几何方法导出三维裂隙产状控制方程,在此基础上发展了随机裂隙生成算法和网格剖分方案,为裂隙可视化和生成裂隙单元提供基础;讨论了一种处理三维交叉裂隙的方法,从而降低网格单元扭曲度。进一步,采用裂隙孔隙双重介质渗流模型,对三维裂隙岩体进行渗流仿真,通过算例展示了几种不同的裂隙分布形式及其网格剖分结果,分析了三维交叉裂隙模型和随机裂隙模型的渗流特性。     

岩体中饱和渗流应力耦合模型研究进展

在大坝渗流与控制、各种水工隧洞和交通隧道以及地下各种洞室开挖、采矿工程与油藏开采中的水力劈裂、岩坡和坝基的稳定性研究等领域中经常会遇到岩体的饱和渗流应力耦合问题.本文对这些领域中的渗流应力耦合问题分为6种力学模型:等效连续介质模型、 裂隙网络模型、 双重介质模型、 断裂力学模型、连续损伤力学模型和统计模型.前3种主要从经典的黏弹塑性本构着手考虑,着重对渗流场的处理,后3种则是从考虑岩体在耦合作用下发生损伤破裂行为方面切入,着重于岩体结构内部发生质的改变带来的更加复杂的耦合效应.对这些模型进行了详细的介绍,指出了这些模型的优缺点与适用范围, 给出了一些有代表性的研究成果,并对该研究领域中未来的研究方向进行了展望.     

非连续变形分析方法的改进及应用

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

非连续变形分析方法的改进及应用1）

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

井筒气液两相流对致密气压裂水平井试井的影响

多段压裂水平井技术是目前开采致密气最常用的方法之一,在致密气压裂水平井试井测试中常常伴随着一定的产水量,井筒气液两相流会增加井筒流体的流动阻力,加大井筒流体流动对试井解释的影响.为了明确井筒气液两相流对致密气藏压裂水平井试井的影响,提高产水致密气压裂水平井的试井解释精度,建立了一种井筒气液两相流与地层渗流耦合的试井模型,采用数值方法对模型进行求解,获得了考虑井筒气液两相流的压裂水平井试井理论曲线、压力场分布及裂缝产量分布.研究结果表明:井筒气液两相流会增加试井理论曲线中压力和压力导数值,造成靠近入窗点的压力扩散要快于远离入窗点的压力扩散,引起靠近入窗点的裂缝产量要高于远离入窗点的裂缝产量.现场实例分析进一步说明,不考虑井筒两相流可能会对产水压裂水平井的试井解释结果产生很大误差,主要表现为水平井筒假设为无限大导流能力会使得拟合得到的表皮系数偏大,将测试点视为入窗点会使得拟合得到的原始地层压力偏小.所建立的考虑井筒两相流的压裂水平井试井模型为产水致密气井试井资料的正确解释提供了重要技术保障.     

动载荷作用下裂隙岩体的止裂机理分析

为深层次了解裂隙岩体在动载荷作用下的动态断裂特性及止裂机理,采用TWSRC（tunnel with single radial crack）构型进行中低速冲击实验,选择砂岩作为原材料制作裂隙岩体试样,以落锤冲击试验装置与裂纹扩展计实验系统对裂纹的动态起裂、扩展及止裂过程进行全过程监测,重点研究动态破裂过程的破裂行为及止裂现象。使用有限差分法程序进行数值模拟,验证冲击实验结果的科学性与准确性。研究发现:裂隙岩体的动态断裂过程是由起裂加速-高速扩展-缓慢减速-止裂-再次起裂加速-再次高速扩展等多次循环的过程构成,且止裂区间尺寸为微秒量级;裂隙岩体止裂位置的穿晶断裂比例远小于初始起裂点,青砂岩动态断裂过程的穿晶断裂比例稍大于黑砂岩;裂隙岩体中止裂点再次起裂所需的能量,远小于预制裂纹初始起裂所需要的能量。     

水蚀性岩层中的渗流和无机污染物的迁移

介绍水蚀性岩层中的渗流及金属和无机污染物迁移问题．通过对含有污染物的某些蓄水系统中的物理和化学过程的分析得出一些结论,并对这些过程不仅作了详细的说明,而且采用恰当的数学和化学方程加以讨论．在水蚀性岩层中无机污染物的迁移用高渗透率多孔介质中流动的基本方程近似地描述,而对流、水动力学扩散、稀释等影响可作为物理过程来阐述．总的说来,控制裂隙岩体中地下水流动与污染物输运的物理和化学机理是建立水蚀性岩层中无机污染物输运近似方法的基础．     

Estimates of Barometric Pumping of Moisture Through Unsaturated Fractured Rock

We present a theory for the motion of water vapor at depth in a discretely fractured permeable medium induced by atmospheric barometric pressure fluctuations, or barometric pumping. The theory involves multiphase mass and energy transport in a fracture/matrix system, with discrete representation of the fracture system. The barometric pressure fluctuations are approximated as periodic in time, with amplitude corresponding to measured values. To simplify the analysis, a single-horizon approximation is applied in which the time-mean gradient is used to evaluate the vertical advective flux in the fractures. Time-periodic solutions are obtained numerically, enabling the calculation of the net efflux of moisture per cycle. The model is applied to material representative of the Yucca Mountain region of southwestern Nevada. The results indicate that the efflux of moisture carried upward from significant depths by barometric pumping is much less than the near surface efflux that is commonly estimated by assuming that air enters the medium dry and is returned to the atmosphere fully saturated with water vapor. This near surface efflux consists primarily of moisture discharged from the upper layer which is frequently replenished by precipitation. Of greater interest to nuclear waste repository design and estimations of net infiltration in arid regions is the fraction of the total moisture efflux that comes from significant depths. This deep transport is quantified by the fracture/matrix transport model described here. Although the transport by barometric pumping from depth is small compared to the total moisture expelled from the surface layer, it is an order of magnitude greater than the vertical moisture flux carried from depth by diffusion.     

基于物理界面的双重介质有限裂隙渗流模型

基于连续介质或者离散裂隙假设,含裂隙的多孔介质渗流问题有多种数学力学模型。受物理界面的启发,提出一种新的有限裂隙连续介质力学模型,可以为宏观裂隙-多孔介质内的流体输运问题等提供近似计算方案。该模型属于一类双重介质模型,将曲面上低维度的流场转化为三维空间的流场,并且与连续的多孔介质的流场耦合,在数学上表示为统一的输运控制方程和初始边界条件。这个近似模型为不方便实施高维度-低维度耦合求解的数值计算方法提供新的模拟思路,如光滑粒子流体动力学等无网格粒子类方法。     

岩土体介质非达西渗流特性研究进展

岩土体是常见的天然材料和工程材料,厘清不同环境下的岩土体非达西渗流特性,是评价工程防渗性能和渗透稳定性的基础.岩土体兼具孔隙和裂隙结构,渗流流态可划分为低速非达西渗流、达西渗流和高速非达西渗流,达西定律等线性渗流模型将低估低速非达西渗流流速、高估高速非达西渗流流速.目前,岩土体非达西渗流分析研究手段包括试验法、数值模拟法和数学解析法,主要分析非达西渗流流态及其影响因素,并构建非达西渗流模型.其中空隙几何结构、剪切作用、渗流水压力等因素对岩土体非达西渗流特性影响显著.岩土体内部蜿蜒曲折的空隙结构导致渗流能量损失增大,剪切作用则使岩土体空隙结构处于较为复杂的变化状态,渗流水压力则直接增大水流惯性力,影响渗流流态,上述研究手段和因素分析是目前学者们针对岩土体非达西渗流特性的研究重点.由于试验条件、理论基础和计算机性能的局限性,渗透破坏阶段颗粒群迁移过程、岩土体多场耦合渗流分析、全域可视化渗流试验、大尺度多重介质渗流场计算等方面是未来岩土体非达西渗流分析值得关注的重点.