修正交替方向法求解具有分数阶导数的二维非连续渗流问题

本文考虑在二维均匀介质中带有分数阶导数的非连续渗流问题,此模型修正了众所周知的 Daxcy原理.利用Riemann-Liouvifie和Griinwald-Letnikov分数阶导数之间的关系,提出了求解在二维均匀介质中带有分数阶导数的非连续渗流问题的两种修正的交替方向法:修正的交替方向隐式Euler方法和修正的Peaceman.-Rachford方法.我们讨论了这两种方法的稳定性,相容性和收敛性.最后给出数值例子.     

非稳态渗流的自由边界问题

随着经济建设的高速发展,各种地下工程大量增加,如水坝和高层建筑的基础、地铁和隧道、水井和油井等。那里,介质中的渗流现象往往是工程单位需要考虑的重要问题。佘颖禾等在《应用数学和力学》第17卷6期中曾经给出了具有自由边界的稳态渗流的变分不等式模式及有限元解。本文中,以抽水井为例,进一步研究了非稳态渗流问题的变分不等式模式及其有限元解法。结果表明,对于非稳态的渗流问题,这种方法同样能避免传统的自由边界的迭代过程,为简单而快速地进行数值分析提供方便。     

基于元胞自动机理论的孔隙介质渗流的模拟应用

基于元胞自动机理论,建立了四方形网格元胞空间和摩尔型元胞邻居为类型的时空动态演化模型,并设计了模拟流程.利用两点分布表征岩石骨架和孔隙空间的非均匀分布,设定了可表征流体在多孔介质中渗流的演化规则,对二维和三维岩石多孔介质流体渗流的元胞矩阵进行了模拟,分析得到了两点分布不同概率对渗流数学参数的影响,分析了不同注入方式对流体最终占据孔隙空间的分布形态的影响,注入方式包括点注入、线注入和面注入,最终对真实CT扫描的数字二维岩心进行了流体渗流过程模拟.基于以上的研究,为流体在多孔介质中渗流模拟提供了有效的方法.     

双重孔隙渗流作用井眼围岩损伤力学模型研究

考虑双重介质建立了井眼围岩力学模型,考虑井眼围岩岩体为孔隙、裂缝双重介质,将围岩区域分为破坏区、损伤区和弹性区,建立双重介质渗流作用下的井壁围岩不同区域的损伤力学计算模型和井眼损伤区域的计算方法,计算结果表明理论计算模型与有限元模拟结果吻合较好.     

粘弹性流体在渐缩毛管中渗流规律研究

驱油用聚合物溶液是粘弹性流体,当其在多孔介质中流动时由于拉伸变形会产生额外耗散,因此拉伸压降是不可忽略的.将Binding等人通过机械能平衡原理和最小能量原理建立的非牛顿流体入口收敛流动理论推广应用于渐缩毛管,并以幂指数关系表征剪切粘度与剪切速率关系、第一法向应力差与剪切速率关系、拉伸粘度与拉伸速率关系,从而建立了适用于描述粘弹性流体流动特性的渗流模型,分析了粘弹性流体在渐缩毛管中的渗流规律,利用建立的模型可以准确反映粘弹流体的渗流特性.     

微极性多组分多孔介质材料的混合物理论

将描述多组分系统的复合混合物理论与微极性连续介质力学理论相结合,建立了描述微极性多组分多孔介质材料的混合物理论.假定系统由多组分的微极性弹性固体和多组分微极性粘性流体组成.给出由混合物理论建立的系统的平衡方程.依据热力学第二定律以及本构假设建立了系统的本构方程,并使场方程闭合.为考虑固相的压缩性,在液相自由能函数中引入液相体积分数作为内变量,得到动力相容条件,用以限制固、液两相界面压力差的变化.最后,基于线性化理论得到线性化的本构方程和场方程,建立了考虑介质微极性的热-水力-力学组分输运模型.此理论框架可以运用到可变形多孔介质中污染物、药物以及农药输运等问题中,所得到的微极性多组分多孔介质系统的闭合场方程经退化后,可变为固、流相都为单一组分的多孔介质系统场方程,它与Eringen得到的结果一致.     

通过非均匀介质流体的渗流问题

本文讨论三维情形的渗流问题.考虑在坝体形状不规则，且介质不均匀的情况下，将渗流现象归结为线性椭圆方程的自由边值问题.应用变分不等方程理论，证明了解的存在和唯一性.     

渗流(percolation)理论

§1.前言1957年 Broadbent 和 Hammersley 首先提出了渗流的数学模型,用它来描述流体在随机介质中的运动.这个模型和通常的随机过程(例如扩散过程)不同,流体运动本身没有随机性,只是介质有随机性.由于渗流理论可以描述许多自然现象,特别是它与物理上相变和临界现象的理论密切相关,因此近些年来引起了人们的极大兴趣.讨论渗流模型的文献急迅增长.物理学家对模型进行各种推广、分析、模拟和猜测.在数学上,虽然由于 H.Kesten 等人的工作使这一理论有了飞快的发展,但相对来说,迄今数学上能得以严格证明的结果还是很少的.在渗流的数学模     

饱和多孔介质的超粘弹性本构理论研究

为了建立能考虑固体材料、多孔固体与流体可逆和不可逆变形的饱和多孔介质超粘弹性理论,以多孔固相为参考构型,以有效应力、材料真实应力和流相真实孔压作为状态变量,结合混合物均匀化响应原理获得各项均符合热力学功共轭特征的饱和多孔介质能量平衡方程,根据非平衡热力学熵分解理论求得熵流和熵产.结果表明,超弹塑性理论是该理论的一个特例;多孔固体的总变形可分为固相间隙和材料变形两部分,间隙应变与Terzaghi有效应力构成功共轭对,材料应变与材料真实应力构成功共轭对.饱和多孔介质的自由能可分为固相和流相两部分.当固相间隙和材料变形解耦时,固相所含的自由能又可分为间隙和材料两部分.证明了Skempton有效应力不是饱和多孔介质的基本应力状态变量.     

双重介质分形油藏渗流问题

将油井有效半径引入双重介质分形油藏渗流问题的内边界之中,从而建立了双重介质分形油藏的一种渗流模型,并在考虑了井筒储集和表皮效应的情况求得了外边界为无限大、有界封闭和有界定压三种情况下双重介质分形油藏压力分布的精确解析表达式,利用拉氏数值反演Stehfest方法分析了双重介质分形油藏压力动态特征,讨论了各种参数对压力动态的影响。     

含液体非弹性多孔介质中波传播过程的失稳与逸散性

在基于Biot理论的饱和-非饱和多孔介质的动力-渗流模型中计及流固惯性耦合效应。对单轴应变的一维情况讨论了饱和和非饱和多孔介质中波传播过程的驻值失稳和逸散性,分析了流固粘性耦合,流固惯性耦合,流固混合体的压缩性,孔隙水饱和度,及固体骨架在高应变速率下材料粘弹塑性本构行为等因素的影响。该工作将对克服饱和与非饱和多孔介质在强动荷载下波传播过程的数值求解困难提供理论上的依据和启示。     

考虑二次梯度影响的渗流模型的解析解

本文利用油藏渗流力学原理，结合留数方法和特殊函数理论，求出了考虑井储和二次压力梯度影响的无穷均质油藏试并模型的解析解，并给出了渐近表逸式。该方法可用于求无穷双孔介质油藏、多层油藏、复合油藏等试井模型的解析解，对试井分析有理论应用价值。     

污染物在非饱和带内运移的流固耦合数学模型及其渐近解

污染物在非饱和带中运移过程是多组分多相渗流问题.在考虑气相的存在对水相影响的前提下,基于流固耦合力学理论,建立了污染物在非饱和带内运移的流固耦合数学模型.对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行拟解析求解,得出了解析表达式.对非饱和带内的孔隙压力分布、孔隙水流速以及污染物的浓度在耦合与非耦合气相条件下的分布规律进行解析计算.对该渐近解与Faust模型的计算结果进行了对比分析,结果表明:该模型解与Faust解基本吻合,且气相作用以及介质的变形对溶质的输运过程产生较大的影响,从而验证了解析表达式的正确性和实用性.这为定量化预报预测污染物在非饱和带中迁移转化和实验室确定压力-饱和度-渗透率三者之间的关系提供了可靠的理论依据.     

径向低渗非Darcy渗流动边界半解析模型

低渗油藏渗流过程中普遍存在启动压力梯度(TPG).考虑低渗渗流特征,建立了平面径向低渗非Darcy渗流动边界数学模型,给出了计算动边界移动速度的公式,通过Laplace变换结合无穷级数方法求得了模型的半解析解,并进行了Stehfest数值反演.详细讨论与分析了动边界问题特性、动边界变化和传播情况,解释了启动压力梯度导致动边界不断向外扩展的现象.计算了启动压力梯度对井底压力、压力导数的影响,并给出不同条件下的地层压力分布曲线和Gringarten-Bourdet图版,同时给出了实例分析.研究发现:低渗渗流模型与常规渗流模型有着显著不同,低渗非Darcy渗流压力降是随时间扩展的,在动边界外的地层压力降为零,压力分布曲线呈现紧支性.针对具有动边界的低渗透问题,需充分考虑启动压力梯度与动边界的影响,该模型为低渗油藏渗流机理和开采动态、解释与数值模拟提供了一定的理论基础.     

饱和多孔弹性杆流固耦合动力响应的保结构算法

研究了不可压饱和多孔弹性杆的流固耦合动力响应问题.基于多孔介质理论,根据多孔介质流固混合物动量方程、孔隙流体动量方程及体积分数方程,建立流固耦合不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动方程;引入正则变量,构造饱和多孔弹性杆轴向振动方程的广义多辛保结构形式、广义多辛守恒律及广义多辛局部动量误差;采用中点Box离散方法得到轴向振动方程的广义多辛离散格式、广义多辛守恒律数值误差及局部动量数值误差;数值模拟不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动过程及流相渗流速度分布,考察了流固两相耦合系数对轴向振动过程及广义多辛守恒律误差和局部动量误差的影响.结果表明,已构造的广义多辛保结构算法具有很高的精确性和长时间的数值稳定性.     

粘性流体两相多孔介质非线性动力问题的罚有限元法

采用基于混合物理论的多孔介质模型,给出粘性流体饱和两相多孔介质非线性动力问题的控制场方程以及相应边值和初值问题的提法,用Galerkin加权残值法导出罚有限元公式,并给出该非线性方程组的迭代求解方法。考虑了体积分数和渗透率与变形相关的情况。用编制的有限元程序计算分析了一维多孔柱体在脉冲载荷作用下的瞬态响应,数值结果表明文中方法正确有效。     

非牛顿流体的二相驱替问题

本文考虑非牛顿流体的二相驱替问题.假设石油是非牛顿流体,满足带有初始压力梯度的直线渗透定律,对于一维问题推导了孔隙介质以及裂缝-孔隙介质中水驱非牛顿石油问题的基本方程,并且求得了数值解.通过和牛顿流情况的比较,揭示了水驱非牛顿石油的基本规律.     

一类定态迁移方程多群逼近的合理性

在中子迁移理论中,用多群逼近来探讨原迁移问题不仅对原迁移方程的计算,而且对理论的研究都是重要的。然而,多群逼近的合理性,多群迁移问题与原迁移问题之间的关系在理论上必须获得数学上的论证。本文考虑非均匀球对称介质中,散射和裂变     

非饱和土本构关系的混合物理论(Ⅰ)——非线性本构方程和场方程

以混合物理论为基础建立了非饱和土非线性本构方程和场方程.把非饱和土作为3种组分构成的饱和混合物来研究.首先根据土力学成果提出了非饱和土混合物的基本假设,推导出适用于非饱和土混合物的熵不等式;然后采用混合物理论处理本构问题的常规方法得出了非饱和土非线性本构方程;最后把非线性本构方程代入混合物组分动量守恒定律,获得了非饱和土各组分运动的非线性场方程;并且给出了非饱和土混合物的能量守恒方程,从而形成了解决非饱和土混合物热力学过程的完备方程组.     

事件故障状态量子博弈过程的参与者收益研究

为了解事件故障状态量子博弈过程中参与者收益随各影响因素的变化情况,提出在空间故障树(Space Fault Tree, SFT)框架内,以事件故障状态为对象,对参与者收益进行研究。事件故障状态使用量子态表示,管理者和操作者的不同行为对事件故障状态的作用使用博弈表示。考虑因素包括安全产出价值、安全收益分配系数、安全措施成本。研究了事件故障状态与量子博弈的关系;纠缠与非纠缠态下的参与者收益;参与者收益受到各因素影响的特征等。研究得到了管理者和操作者考虑纠缠和非纠缠态的收益函数。结合SFT理论方法,提出了针对收益的因素重要度、因素联合重要度、收益风险区和安全区、因素区域重要度。理论上SFT可用于量子博弈参与者收益的分析。也论述了使用因素空间理论解决该问题的可能性。