弹塑性变形油藏中多相渗流的数值模拟

基于流固耦合力学理论,建立了弹性变形油藏中多相渗流的数学模型,该模型考虑了渗流与变形的耦合作用,以及注采交变载荷作下油藏多孔介质的弹性变形特征,给出了耦合数值模拟方法和算例。     

油藏数值模拟中井筒压力梯度的校正方法

有限元法用于油藏数值模拟具有独特的优越性. 由于井筒附近流动的特殊性,直接采用 数值模拟得到的压力梯度计算油井产量会导致较大的误差. 本文分析了数值模拟中井筒压力 梯度产生误差的原因,在此基础上提出了计算井筒压力梯度的校正公式. 计算结果表明,压 力梯度校正公式可显著提高油井产量的计算精度,并能有效地减少井筒附近的网格剖分数量, 从而提高了计算效率.     

基于连接元法的多尺度裂缝性油藏数值模拟

针对油藏不同尺度复杂几何特征描述和动态连通性识别等难题,近年来发展了一种基于非欧物理连通网络具有无网格特征的油藏数值模拟连接元方法.文章将连接元法推广到裂缝性油藏,从流体流动的角度,利用连接单元将油藏离散为物理连通网络.根据节点物性参数、影响域半径和加权最小二乘法给出了压力扩散项的广义差分近似.结合物质守恒方程计算节点控制体积、基质节点间传导率、裂缝节点间传导率以及基质节点与裂缝节点间传导率,从而构建渗流控制方程组的全隐式离散格式,求解压力、饱和度以及含水率等生产动态参数.引入图论深度优先搜索算法,基于每个时间步求解的节点间压力梯度,计算各时间步注入井的劈分系数,定量表征井节点间的流动关系和连通性.算例验证表明,相较基于网格体系的传统方法,该方法能够自由灵活地刻画包括裂缝复杂分布、不规则油藏边界在内的复杂油藏几何,在粗化模型情况下能够保留更丰富的流动拓扑结构,实现计算精度和计算效率的更优平衡,能更好满足实际大规模裂缝性油藏的生产动态模拟预测需求,同时为具有多尺度几何特征的裂缝性油藏及复杂边界油藏的数值模拟提供了新思路.     

含轻质组分稠油油藏蒸汽注采过程自适应网格法

对含轻质组分稠油油藏蒸汽注采过程数值模拟的自适应网格方法进行研究.网格的细化和粗化是自适应网格方法的基本步骤,为克服组分摩尔分数在网格细化过程中出现小于0或大于1的非物理振荡,提出了一个有效的守恒修正分片线性插值算法;指出可挥发的轻质组分分子量较大时,除了温度和各相饱和度外,组分摩尔分数需作为网格细化的判据.算例显示自适应网格方法有着很好的计算精度和计算速度.     

基于离散缝洞网络模型的缝洞型油藏混合多尺度有限元数值模拟

针对缝洞型油藏具有多尺度特征,基于离散缝洞网络模型,建立了Darcy/Stokes-Brinkman多尺度耦合数学模型,采用多尺度混合有限元方法,对缝洞型油藏的流体流动问题进行了研究。阐述了多尺度混合有限元方法的基本原理,推导得到了Darcy/Stokes-Brinkman多尺度模型的多尺度混合有限元计算格式。数值计算结果表明,在大尺度模型上进行计算能够捕捉到小尺度上的流动特征;相对于传统有限元,多尺度混合有限元能够捕捉小尺度上的非均质特征而具有更高的计算精度,在保证计算精度的同时能够减少计算量。     

置换通风的数值模拟

首先介绍了用于数值模拟置换通风室内空气分布的N点风口模型、新零方程湍流模型，以简化和加快实际工程中对置换通风的模拟计算。然后利用这些模型对某办公室置换通风的室内温度场和速度场进行了模拟，并和实验数据进行对比。结果表明，计算所得速度和温度分布与实测值吻合得很好，所用的风口模型和湍流模型能将置换通风的温度分层特性和速度场合理地模拟出来，可用于指导和优化置换通风气流组织设计。     

位错热激活滑移的数值模拟

在三维离散位错动力学模型中,用Langevin力描述温度对位错的影响作用,模拟了位错克服晶格Peierls应力与阻尼应力的滑移过程.模拟结果表明,位错克服Peierls应力的热激活效应随温度的升高而增大,随应变率的增高而减小.利用热激活本构模型描述了位错热激活滑移过程,拟合了Peierls应力的激活能,结果表明含温度的离散位错动力学模型能较正确地模拟位错的热激活滑移过程.但Peierls阻碍的非离散化处理使激活能与指前因子均随温度升高而增大,这表明离散位错动力学模型模拟Peierls阻碍存在不足之处,其本质原因是介观级的位错动力学模型目前还无法正确模拟微观级的位错芯性质.     

k-D-a-B 模型和 Richtmyer-Meshkov 不稳定性的数值模拟

给出一个适用于流体力学数值模拟的湍流混合模型。由于引入湍流质量通量和密度脉动关联量的演化方程,它比一般的ｋ－模型能更准确地描述界面不稳定性引起的可压缩湍流混合过程,并且可以不需要人为给定初始湍流场。我们用同一套参数模拟了不同Ａｔｗｏｏｄ数的激波管实验,数值结果与实验基本一致。     

超导电磁悬浮力的数值模拟

利用超导体宏观电磁场的Kim模型对高温超导体-永磁铁悬浮系统中二者之间的电磁悬浮力进行了定量计算与模拟.通过与已有实验结果比较表明:对超导悬浮力的数值模拟能较好地反映悬浮力的主要特征.在此基础上,给出了超导体内屏蔽电流、铅直悬浮力和面内电磁力的分布情况.数值仿真结果显示了悬浮力的大小与永磁铁的表磁强度和尺寸有关.这些结果为提高超导悬浮力和改进超导宏观电磁场模型提供了理论依据.     

三峡水库岸边排污的特性及数值模拟研究

数值模拟是研究和解决三峡水库污水岸边排污的重要手段之一．针对三峡水库岸边污水排放的特点,分析并阐述了排污口附近的水流和污染物分布特性及其所带来的数值困难．基于这些分析,讨论了深度平均二维模型和不同分层三维模型在模拟三峡库区岸边排污问题中的优势和不足,为库区岸边侧向排污数值模型的进一步发展奠定了基础．     

考虑多重运移机制耦合页岩气藏压裂水平井数值模拟

页岩作为典型的微纳尺度多孔介质,游离气与吸附气共存,传统的达西定律已无法准确描述气体在页岩微纳尺度的运移规律.基于双重介质模型和离散裂缝模型构建页岩气藏分段压裂水平井模型,其中基岩中考虑气体的黏性流、Knudsen 扩散以及气体在基岩孔隙表面的吸附解吸,吸附采用Langmuir等温吸附方程;裂缝中考虑黏性流和Knudsen扩散,在此基础上建立基岩-裂缝双重介质压裂水平井数学模型并采用有限元方法对模型进行求解.结果表明,基岩固有渗透率越小,表面扩散和Knudsen扩散的影响越大,反之则越小;人工裂缝的性质包括条数、开度、半长以及间距,主要影响压裂水平井生产早期,随着人工裂缝参数值的增加,压裂水平井产能增加,累产气量也越大.其次,页岩气藏压裂诱导缝和天然裂缝的发育程度对页岩气藏的产能有很大的影响,水平井周围只有人工裂缝,周围天然裂缝不开启或不发育时,页岩气藏的水平井的产能较低.      

裂缝性低渗透油藏流-固耦合理论与数值模拟

根据裂缝性低渗油藏的储层特征,建立适合裂缝性砂岩油藏渗流的等效连续介质模型。将渗流力学与弹塑性力学相结合,建立裂缝性低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型,并给出其数值解.通过数值模拟对一实际井网开发过程中孔隙度、渗透率的变化以及开发指标进行计算,并和刚性模型以及双重介质模型的计算结果进行了分析比较.     

节水水嘴起泡器气液两相流数值模拟

为了研究节水水嘴起泡器内部两相流的流动规律,采用Fluent软件对其内部流场进行数值模拟.根据起泡器内部流场的流动特性,采用欧拉两相流模型以及RNG(re—normalization group)κ-ε湍流模型,分析起泡器出口截面气液两相体积分数和速度的分布特点.结果表明:增大入口水流速度可以加快分散出口截面气液两相的分布,缩短流体流动的稳定时间;整流网具有分散流体,降低流速的作用;错开整流网相邻层之间的网格可以改善出口截面的液相分布;本模型中整流网采用三层网格达到较好的出水效果.     

格构细胞机模型在岩石劈裂过程中的数值模拟研究

基于弹塑性损伤理论,结合格构细胞机以及格构模型的优点,提出了格构细胞机模型,用于模拟岩石的劈裂破坏机理并取得了较好的结果.     

关于交通流中扰动传播和发展的数值模拟

针对不同拥挤程度交通流中扰动的传播和发展，进行了系统的数值模拟研究. 讨论了PW模型、一维管流模型、单侧传播模型等几种典型交通流模型的不同特征；指出了 不同差分格式对数值结果的影响；也分析了数学模型中不同形式的平衡函数的作用. 结果发 现在适当的数学模型、平衡函数和离散格式下，能够对交通流中扰动的传播和发展，特别是 扰动波的传播速度，取得与实际测量数据相当接近的模拟效果. 建议了分别适用于不同密度 交通流的计算格式.     

固体颗粒在热对流下沉降的直接数值模拟研究

在任意拉格朗日-欧拉算法模拟等温惰性颗粒两相流的基础上,增加对能量方程的联立求解,在热对流条件下对固体颗粒在不同雷诺数下的沉降规律进行了直接数值模拟.结果表明:热对流引起了流场流动的变化和不对称,颗粒在热流体中沉降,热对流产生的力加速了冷颗粒的运动,尾部形成了涡脱落;颗粒在冷流体中沉降,热对流产生的力阻碍了冷颗粒的运动,尾部形成了羽流. 随着雷诺数的增大,颗粒经历了稳定沉降、周期性摆动到不稳定、无规则运动3个阶段.      

微差爆破震动叠加起始位置数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA3D程序对岩体中双孔微差爆破近源场爆破振动进行了模拟。结果表明,随着离爆源距离的增加,质点振动波形的持续时间变长,同时二炮孔爆破振动波形中质点处于静止状态的间隔变小并产生叠加。因此通过数值模拟可确定微差爆破近区振动叠加起始位置。     

COMPARISION OF NUMERICAL SCHEMES IN LARGE-EDDY SIMULATION OF THE TEMPORAL MIXING LAYER

A posteriori tests of large-eddy simulations for the temporal mixing layer are performed using a variety of numerical methods in conjunction with the dynamic mixed subgrid model for the turbulent stress tensor. The results of the large-eddy simulations are compared with filtered direct numerical simulation (DNS) results. Five numerical methods are considered. The cell vertex scheme (A) is a weighted second-order central difference. The transverse weighting is shown to be necessary, since the standard second-order central difference (A′) gives rise to instabilities. By analogy, a new weighted fourth-order central difference (B) is constructed in order to overcome the instability in simulations with the standard fourth-order central method (B′). Furthermore, a spectral scheme (C) is tested. Simulations using these schemes have been performed for the case where the filter width equals the grid size (I) and the case where the filter width equals twice the grid size (II). The filtered DNS results are best approximated in case II for each of the numerical methods A, B and C. The deviations from the filtered DNS data are decomposed into modelling error effects and discretization error effects. In case I the absolute modelling error effects are smaller than in case II owing to the smaller filter width, whereas the discretization error effects are larger, since the flow field contains more small-scale contributions. In case I scheme A is preferred over scheme B, whereas in case II the situation is the reverse. In both cases the spectral scheme C provides the most accurate results but at the expense of a considerably increased computational cost. For the prediction of some quantities the discretization errors are observed to eliminate the modelling errors to some extent and give rise to reduced total errors.