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。     

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。      

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。     

铝液在多孔介质中渗流过程的模拟试验研究

选择低压渗流法制备泡沫铝的工艺过程为模拟对象,根据相似原理,在有机玻璃模型中用液体作为流体,对铝液在多孔介质中的低压向上渗流过程进行了模拟试验研究。试验表明,在低压渗流制备泡沫铝的过程中,原型的渗流液面是以平面沿铅垂方向向上推进的,位移和时间的关系满足四次方根规律;渗流过程中某一时间t的雷诺数、阻力系数和沿程损失可用相应的公式计算;渗流过程中,外加渗流气压的最佳值为0.04kPa,高于该值的外加渗流气压对于渗流时间的影响不大。实验还将模拟实验得到的结果与原型进行了比较,模型的充填时间与原型的充填时间一致性良好,证实了本实验结果的正确性。     

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     

渗流力对裸眼井筒周围应力场及地层破裂压力影响机理研究

流体渗流进入储层岩石的孔隙喉道时会给岩石骨架施加渗流力作用,该力会打破储层岩石原有的应力平衡状态,影响岩石的变形与破坏.尽管大量实验与数值模拟研究已经证实渗流力对岩土破坏有显著影响,但在石油工程领域有关渗流力的研究鲜有报道.渗流力对水力压裂裂缝起裂与扩展的影响机理仍不清楚.基于此,文章首先基于土力学渗流力定义式和Biot固结理论对压裂液渗流进入岩石孔隙时渗流力的作用机理进行了研究.然后以裸眼井为例分析了渗流力作用形成的应力场,推导了考虑渗流力作用的地层破裂压力解析解公式,揭示了渗流力作用对裸眼井地层破裂压力的影响规律.研究结果表明:孔隙压差等于一个大气压时,单位立方厘米岩样所受体积力渗流力的大小远超同等大小岩样所受体积力重力的大小,渗流力对储层岩石的作用不可忽视.压裂液渗流进入储层岩石孔隙时,渗流力作用可以显著降低裸眼井筒周围的有效周向应力,增大井壁发生拉伸破坏的可能. Biot有效应力系数越大,渗流力作用越强,井筒周围应力场被渗流力作用影响的范围越大.相比较不可渗透的储层,渗流力作用显著降低了裸眼井的地层破裂压力.地层深度越大,两向应力差越小时渗流力作用对裸眼井地层破裂压力的影响越显...     

渗流力学研究的现状和发展趋势

渗流力学在能源、环境、水利、岩土、交通、生物等工程领域有广泛的应用，渗流力学经过约一个半世纪的发展，已经积累了相当多的成果。随着现代科学的发展以及生产实践需求的不断提高，渗流力学仍然有进一步完善和发展的广阔空间。本文简述了水利、环境、能源工程和生物学中的渗流力学问题，扼要概括了渗流力学理论研究的现状，并指出渗流力学在多孔介质描述、裂缝型介质渗流、多相多组分渗流、物理化学渗流、非线性渗流、非饱和渗流、微观渗流、渗流模拟等理论及相关方法和测试技术等方面的发展趋势。     

孔隙介质中稠油流体非线性渗流方程

为揭示稠油流体在油藏孔隙中渗流特性,基于力学平衡方程,建立了描述稠油流体渗流特征的非线性渗流方程,对油藏孔隙中稠油渗流过程及启动机理进行了深入分析,着重分析了边界层、流体屈服应力以及表面力对渗流过程的影响.结果表明,Hagen-Poiseuille定律需经修正方能描述稠油流体流动,边界层、流体屈服应力以及表面力对稠油渗流影响非常显著.孔隙中,稠油启动压力梯度来源于其屈服应力、表面力,边界层加剧了渗流非线性程度,实际稠油油藏开发中,要充分掌握稠油渗流非线性特征.      

低渗透微尺度孔隙气体渗流规律

微尺度条件下气体流动特性的研究是现代渗流力学前沿领域之一．分析了低渗透岩石饱和气体渗流实验结果,探索了微尺度孔隙气体渗流规律,探讨了气体非线性渗流力学机理,发现了低渗透岩石微尺度孔隙气体与液体渗流遵循同一形式的运动定律,建立了气体与液体非线性运动定律统一模型．结果表明：新模型与实验结果吻合很好,为微尺度孔隙气体微流动特性研究提供了新的理论依据,对工程地质环境保护及地下流体资源开发有重要指导意义．     

考虑非饱和土基质吸力作用的土石坝渗流分析

传统的渗流分析主要考虑饱和区而忽略非饱和区内的渗流,本文首先对影响非饱和土渗流特性的重要物理量基质吸力进行了分析,阐述了其形成机理并推出其理论计算公式,然后在考虑基质吸力的作用下,基于饱和．非饱和渗流计算原理,采用有限元法考虑了渗流场非饱和区的影响,并以各向同性均质坝和心墙土石坝为算例,进行了计算分析。算例表明,由于基质吸力产生的虹吸作用,使得浸润线上部的非饱和区内也存在着连续的水流,否定了传统分析中浸润线是最上部流线的假设,通过分析这种水流的特点,定性的得出其对土石坝渗流稳定性的影响,对土石坝渗流分析具有一定的指导意义。     

库水位上升条件下边坡渗流场模拟

库水位的上升将导致边坡体内渗流场的变化,进而引起边坡的失稳破坏。边坡体内的渗流场是饱和渗流与非饱和渗流共同作用的结果,通过对库水位上升过程中坡体内地下水位线的位置变化及相应的渗流场参数的计算表明:由于上部松散堆积体与基岩渗透系数的差异,基岩内地下水位线的抬升速度明显滞后于上部松散堆积体;体积含水量、压力水头、流速和水力梯度等渗流参量在基岩中的变化幅度较小,而在上部松散堆积体中的变化幅度则相对较大。这说明库水位上升对上部松散堆积体的影响相对来说还是比较明显的。     

液态泡沫渗流的机理研究进展

液态泡沫是具有高度自组织结构的非平衡系统. 泡沫中的微量液体在重力与毛细管力作用下, 在由薄膜、柏拉图通道以及交汇点形成的通道网络内的流动称为泡沫渗流(foamdrainage), 它直接影响泡沫结构的稳定性. 本文从泡沫物理学角度对液态泡沫的结构首先做了简单介绍, 并对泡沫材料与多孔介质之间的区别和联系做了简单介绍. 文章分析了由泡沫渗流、气泡粗化和液膜破裂而引起的泡沫结构演化规律, 着重介绍了目前泡沫渗流研究中对柏拉图通道边界条件的处理方法、相应的渗流模型及其在一维泡沫渗流中的应用, 并对泡沫渗流实验检测手段及微重力条件下的泡沫渗流实验和理论研究做了综述.      

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.     

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.     

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涌介质生变形的流固耦合渗流模型。不仅考虑了固结对渗流的影响,同时也考虎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。     

破碎岩体非等温渗流的非线性动力学研究

分别从固体及流体导热的能量方程出发,导出破碎岩体非等温渗流的能量本构方程, 结合渗流的连续性方程、运动方程、状态方程等建立了破碎岩体非等温渗流的一维非线性动力学方程组;结合Mathcad软件计算得到了系统的无量纲化平衡态, 利用逐次亚松弛迭代法分析了对应于不同参数时平衡态的稳定性;指出非等温渗流系统存在鞍结分岔及折叠突变, 与等温渗流相比, 考虑温度场的破碎岩体渗流动力系统更容易发生渗流突变.      

渗流力学的回顾与展望

简要回顾了渗流力学的发展过程,总结了渗流力学3个不同阶段的发展. 对渗流力学的 应用进行了分类分析,并对渗流力学的下一步需要重点研究的工作进行了说明.     

峰后岩石非Darcy渗流的一维非定常严格简明解析解

煤炭是中国近期的主要能源,仍需要大力研究. 而煤矿采动围岩大多处于峰后应力状态或破碎状态,其渗流一般不符合Darcy定律. 探讨非Darcy渗流系统, 对其研究既有理论创新价值,尤其在煤矿安全中更有重要的实用价值. 用近年发展的求解偏微分方程新的分离变量法------加法分离变量法,得出了Ahmed-Sunada型非Darcy渗流的3套非常简明的一维非定常严格解析解,以发展相应的渗流理论,以及作为标准解推进渗流数值计算的水平.      

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.