渗流力学的近况和展望

渗流力学研究流体在多孔介质的运动规律.渗流是指流体在多孔介质内的流动;孔隙介质、裂缝-孔隙介质以及各种类型的毛细管体系等均属多孔介质.渗流力学是流体力学与多孔介质理论和表面物理化学等学科交叉渗透产生的一个独立的学科领域,是多种工程技术的理论基础.     

非线性渗流力学研究进展

非线性渗流力学、多重介质渗流力学、计算渗流力学(包括优化控制理论)以及渗流物理学,是现代渗流力学领域的四个重点发展方向。我国近年来多重介质渗流力学发展较快,在某些方面接近国际水平或略为领先。计算渗流力学也做了不少工作。可是,近10年来与生产实际需要关系密切的大部分内容都和非线性渗流有关。这方面国外发展很快。这应引起我国流体力学界重视,结合我国生产实际需要,将一部分科研力量转移到这个新的生长点上。      

国外渗流力学研究的某些近况

渗流力学是现代流体力学的一个分支,它是研究流体在孔隙介质中运动规律的科学。流体所通过的孔隙介质具有极其复杂的连通形式和孔隙结构、各种不同的表面性质以及很大的比面等特点,而流体流过孔隙介质时受到很大的流动阻力、显著的表面力以及一些在流动过程中发生的物理化学现象等因素的影响,这些特点使渗流力学与一般的流体力学明显地区别开来。自从法国工程师达西于1856年发现渗流基本定律——达西定律,从而正式揭开渗流力学的历史以来,近几十年,渗流力学得到相当迅速的发展。特别是近年来在渗流理论方面又有     

ON FLOW IN POROUS MEDIA

渗流是流体在多孔介质中的流动，渗流现象广泛地存在于自然界、工程材料、动物、植物中。多孔介质种类繁多，包括岩石(含各类矿藏)、土壤、生物材料和人工多孔介质材料等。渗流理论已经成为人类开发地下水、地热、石油、天然气、煤炭与煤层气等诸多地下资源的重要理论基础。本文从渗流的基本概念、渗流的分类、渗流的影响因素、渗流的特征以及渗流的研究意义等方面进行了阐述。     

渗流力学的新发展

渗流力学是研究流体在多孔介质内运动规律的科学。自1856年法国工程师达西提出线性渗流定律以来,渗流力学一直在向前发展,但最近10多年来的发展更为迅速,其主要动向是:渗流力学应用范围比以前更广;渗流力学理论以较快的速度不断深化;渗流力学研究手段不断实现现代化。本文主要对几项新型渗流——非等温渗流,物理化学渗流,非牛顿流体渗流,生物流体渗流,细观渗流的发展作了综述。      

谈谈渗流

渗流是流体在多孔介质中的流动,渗流现象广泛地存在于自然界、工程材料、动物、植物中。多孔介质种类繁多,包括岩石(含各类矿藏)、土壤、生物材料和人工多孔介质材料等。渗流理论已经成为人类开发地下水、地热、石油、天然气、煤炭与煤层气等诸多地下资源的重要理论基础。本文从渗流的基本概念、渗流的分类、渗流的影响因素、渗流的特征以及渗流的研究意义等方面进行了阐述。     

裂缝介质渗流力学国内外科研方向调查(摘要)

前言遵照毛主席关于“按照实际情况决定工作方针,这是一切共产党员所必须牢牢记住的最基本的工作方法”和“调查就是解决问题”的教导,在探讨我国渗流力学科研方向时,我们结合我国油气田裂缝性的特点,调查了国外裂缝介质渗流力学科研现状和动向,并根据我国生产实际需要,写出了初步调查报告,现提要介绍如下。裂缝介质渗流力学是古典渗流力学中发展起来的一个分支,近年来得到迅速发展,其主要原因有二:      

非饱和多孔介质中混合元法的化学-热-渗流-力学耦合的本构模拟

在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联流动多重屈服准则模拟非饱和多孔介质的材料非线性行为。推导了u-pw-pa-T形式的包含了耦合率本构方程积分的向后欧拉映射算法和一致性弹塑性切线模量矩阵(单元刚度矩阵)的混合元一致性算法。本文给出了临界状态线(CSL)和状态边界面(SBS)两个屈服准则的一致性算法。数值结果显示了本文所发展的混合元耦合本构模拟算法在模拟由热、化学、力学荷载共同引起的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合行为的能力和有效性。     

定量开采条件下径向渗流的液固耦合问题

考虑到多孔介质渗透率随孔隙度变化的特点，建立了力学模型，研究定量抽放问题；对于广义平面应力状态下的非线性渗流耦合问题，提出了解的构造方法和解耦方法；求出了耦合条件下的孔隙压力，多孔介质总应力、总应变和总位移的解析解；进行了实例计算，并与Biot理论进行了对比，结果表明两种理论的差别很大。因此在渗透系数有较明显变化的场舍下不能采用Biot理论进行分析。     

聚合物流体渗流机理研究

聚合物流体在多孔介质中渗流的研究是近年来有重大进展的领域。本文介绍从力学与物理方法进行渗流机理研究的思路、主要结果和当前活跃的研究课题。流体的非牛顿性对复杂边界条件下均匀流体力学效应的影响已得到了较好的定量处理;揭示了拉伸流粘弹特性对渗流影响的机理,其定量描述则尚有待努力。进而讨论了石油工程中十分重要的非均一流体渗流的新进展,包括大分子效应与粘性指进效应及其分形描述。对于上述物理效应的综合考虑将使聚合物渗流力学研究进入新的阶段。      

Nonlinear fluid flow laws for orthotropic porous media

Nonlinear fluid flow laws for orthotropic porous media are written in invariant tensor form. As usual in the theory of fluid flow through porous media [1, 2], the equations contain the flow velocity up to the second power. Expressions that determine the nonlinear resistances to fluid flow are presented and it is shown that, on going over from linear to nonlinear flow laws, the asymmetry effect may manifest itself, that is, the fluid flow characteristics may differ along the same straight line in the positive and negative directions. It is shown that, as compared with the linear fluid flow law for orthotropic media when for three symmetry groups a single flow law is sufficient, in nonlinear laws the anisotropy manifestations are much more variable and each symmetry group must be described by specific equations. A system of laboratory measurements for finding the nonlinear flow characteristics for orthotropic porous media is considered.     

关于渗流中流线不封闭的特性和条件

本文对于流体在多孔介质中流动的特性进行理论研究和数值计算，提出两个关于渗流中流线不封闭的特性和条件，得到了在一般工程实际情况中的多孔介质区域内部不存在封闭流线的结论。本文以突变截面圆管中不可压缩渗流为算例，利用半人工瞬变方法进行数值计算，得到流体在充满多孔介质的突扩截面圆管和突缩截面圆管中流动时关于速度分布和压力分布的结果。由此表明，在突变截面附近的渗流区域中不存在回流和分离流，也不存在封闭的流线。渗流的这些流动特性不同于在无多孔介质的空间区域中的流动特性。     

低渗透多孔介质中的非线性渗流理论简

文中论述了低渗透性多孔介质中非线性渗流理论的几个问题,阐明了渗流流体的性质,指出了多孔介质对流体通过的选择性,提出了新的非线性渗流方程,用实验资料对其进行了验证,分析了该方程演变功能,表明它可以描述各种渗流规律.该方程的各项参数都可从实验中直接得到,应用方便,并且参数的物理意义明确.     

An overview on nonlinear porous flow in low permeability porous media

This paper gives an overview on nonlinear porous flow in low permeability porous media, reveals the microscopic mechanisms of flows, and clarifies properties of porous flow fluids. It shows that, deviating from Darcy's linear law, the porous flow characteristics obey a nonlinear law in a low-permeability porous medium, and the viscosity of the porous flow fluid and the permeability values of water and oil are not constants. Based on these characters, a new porous flow model, which can better describe low permeability reservoir, is established. This model can describe various patterns of porous flow, as Darcy's linear law does. All the parameters involved in the model, having definite physical meanings, can be obtained directly from the experiments.     

Upscaling Forchheimer law

We investigate the high velocity flow in heterogeneous porous media. The model is obtained by upscaling the flow at the heterogeneity scale where the Forchheimer law is assumed to be valid. We use the method of multiple scale expansions, which gives rigorously the macroscopic behaviour without any prerequisite on the form of the macroscopic equations. We show that Forchheimer law does not generally survive upscaling. The macroscopic flow law is strongly non-linear and anisotropic. A 2-point Padé approximation of the flow law in the form of a Forchheimer law is given. However, this approximation is generally poor. These results are illustrated in two particular cases: a layered composite porous media and a composite constituted by a square array of circular porous inclusions embedded in a porous matrix. We show that non-linearities are sources of anisotropy.     

剧变截面圆管内渗流的数值计算方法

对于剧变截面圆管的渗流问题写出不可压缩渗流的基本方程组,对直接求解原始变量(速度和压力)的数值计算方法作出改进。先由非主流方向的运动方程计算压力,后由主流方向的运动方程计算主流方向的速度分量,再由连续性方程计算非主流方向的速度分量。这样可以避免在一般的求解原始变量方法中由连续性方程计算压力时出现的困难和麻烦。根据本方法和剧变截面圆管的特点,采用半交错不等距非正交贴体混合网格系。本文详细写出差分方程和迭代计算公式,对剧变截面圆管内的渗流算例进行数值计算。本方法的优点是简单和实用,在工程上具有较大的应用价值。     

基于渗透率连续变化的低渗透多孔介质非线性渗流模型

基于低渗透多孔介质渗透率的渐变理论,确定了能精确描述低渗透多孔介质渗流特征的非线性运动方程,并通过实验数据拟合．验证了非线性运动方程的有效性。非线性渗流速度关于压力梯度具有连续-阶导数,方便于工程计算;由此建立了低渗透多孔介质的单相非线性径向渗流数学模型,并巧妙采用高效的Douglas-Jones预估一校正有限差分方法求得了其数值解。数值结果分析表明：非线性渗流模型为介于拟线性渗流模型和达西渗流模型之间的一种中间模型或理想模型,非线性渗流模型和拟线性渗流模型均存在动边界;拟线性渗流高估了启动压力梯度的影响,使得动边界的移动速度比实际情况慢得多;非线性越强,地层压力下降的范围越小,地层压力梯度越陡峭,影响地层压力的敏感性减弱,而影响地层压力梯度的敏感性增强。     

多孔介质自发渗吸研究进展

自发渗吸是发生在多孔介质里的一种常见自然现象, 存在于众多工程应用和自然科学领域, 多孔介质 中自发渗吸的基本静力学和动力学问题已成为当前国际研究的热点课题之一. 本文综述了传统理论研究中的 Lucas{Washburn(LW) 模型, Terzaghi 模型, Handy 模型, Mattax 和Kyte 无因次时间标度模型, Aronofsky 归 一化采收率标度模型以及近十年最新研究进展, 分析了渗吸机理判别参数研究, 简述了数值模拟研究及渗吸率 影响机理的实验研究现状, 总结了基于分形理论研究多孔介质自发渗吸的最新进展, 并展望了多孔介质以及裂 缝性双重多孔介质中牛顿流体和非牛顿流体自发渗吸研究的方向和课题.      

基于CFD模拟的翅片管束多孔介质模型建立方法及流场模拟

为了利用多孔介质模型对翅片管束外流场进行计算,首先利用实体模型计算了局部管束的流场特性以获得多孔介质参数,在验证了多孔介质模型的准确性后,使用该模型对大尺度管束的流场特性进行了计算。结果表明:可以采用多孔介质模型对翅片管束进行简化计算,局部计算得到的多孔介质参数可以应用到增大长度、高度和宽度后的大尺度同型管束区域计算上,多孔介质模型与实体模型的误差基本在10%以内。