论文摘要
多孔介质渗流过程广泛存在于自然界和人类生产活动中,探究多孔介质孔隙结构和流体运移的内在机制对生产实践有重要意义。多孔介质的渗流过程受控于介质内部的复杂微观结构。分形作为描述不规则、非线性物体的工具,逐渐替代传统几何方法用来表征多孔介质的复杂性。分形拓扑理论可以从本质上描述分形行为的尺度不变性,分形拓扑参数Ω(P,F)的提出,使多孔介质分形颗粒填充模型的构建过程更简单。本文基于分形拓扑理论Ω(P,F)发展了一种随机分形颗粒填充模型构建方法,并采用盒维数法验证了其有效性。在此基础上推演了分形多孔介质孔隙度和比表面积计算模型。为了研究多孔介质微观结构对流体的影响因素,本文构建了一系列颗粒形状、大小不同的分形颗粒填充模型,利用LBM方法于孔隙尺度下模拟了流体运移过程,结合渗流理论分析了分形多孔介质流的水文弯曲度和形状因子。结果表明形状因子效应随尺度的改变而改变,具体表现为随尺度增加总体减小,但变化趋势减弱,因此形状因子效应是几何特征及尺度的综合体;与此同时,形状因子效应受尺度分布范围的影响,即颗粒的最大尺度和最小尺度比越大,形状因子效应削弱;并且水文弯曲度和比表面积的比值(τ/S)、孔隙度和比表面积的比值((?)/S)均和形状因子成正相关线性关系。
论文目录
致谢摘要Abstract1 绪论 1.1 研究背景及意义 1.2 国内外研究现状 1.2.1 多孔介质流体特征 1.2.2 多孔介质的水文弯曲度 1.2.3 多孔介质数值模拟研究现状 1.2.4 多孔介质的分形描述 1.2.5 当前问题 1.3 研究内容及技术路线 1.3.1 研究内容 1.3.2 技术路线 1.3.3 创新点2 基础理论与方法 2.1 分形理论 2.1.1 分形的定义 2.1.2 分形维数 2.1.3 分形拓扑 2.1.4 广义分形拓扑 2.2 LBM方法 2.2.1 LBM的基本原理 2.2.2 DnQb模型 2.2.3 LBM的边界条件 2.2.4 物理系统与格子系统间的单位转换3 多孔介质的分形特征和分形建模 3.1 多孔介质孔隙结构的分形特征 3.2 基于分形拓扑理论的多孔介质构建 3.2.1 分形拓扑理论用于多孔介质构建的优势 3.2.2 分形颗粒填充模型的构建过程 3.2.3 分形颗粒模型孔隙度验证 3.3 自仿射分形颗粒填充模型 3.3.1 原始复杂性分形颗粒填充模型 3.3.2 自仿射分形颗粒模型4 多孔介质的渗流模拟和物性参数 4.1 多孔介质基本渗流规律 4.1.1 KC方程 4.1.2 颗粒形状不同的多孔介质模型构建 4.2 颗粒形状不同时分形颗粒填充模型的LBM模拟 4.3 数值模拟结果与讨论 4.3.1 模型内流体流场分布和流线图 4.3.2 不同颗粒形状的颗粒填充模型物性参数讨论 4.4 不同原始孔隙度与形状因子的关系 4.4.1 不同初始颗粒大小的分形颗粒填充模型 4.4.2 颗粒大小不同的多孔介质模型物性参数讨论 4.5 小结5 不同研究尺度时多孔介质物性参数的变化 5.1 多尺度介质模型选择和LBM模拟流场结果讨论 5.2 模型结构参数和LBM模拟结果分析讨论 5.3 小结6 结果和讨论 6.1 结论 6.2 存在的不足和未来展望参考文献作者简历学位论文数据集
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 雷镕源
导师: 金毅
关键词: 分形拓扑,多孔介质建模,渗流理论,形状因子
来源: 河南理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 地质学,石油天然气工业
单位: 河南理工大学
分类号: P618.13
DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000102
总页数: 77
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标签：分形拓扑论文; 多孔介质建模论文; 渗流理论论文; 形状因子论文;
