基于格子Boltzmann方法模拟齿状微裂隙气流和水流

发布时间：2021-07-22 14:43

　　裂缝介质中的气流和水流运动是地质资源和能源开发面临的重要自然过程。在微观结构上,裂隙的粗糙结构会对流体流动产生影响,但裂隙复杂形态如何影响地下水的流动,同一形态的裂隙对不同流体流动的影响是否一致,学术界普遍认同的Darcy定律又是否适用于这种裂隙流流动,对于这一流体力学界十分关注的问题,仅通过实验观测的角度来分析是比较困难的。为了克服这种困难,本文采用格子Boltzmann数值模拟方法,选用齿状裂隙作为粗糙裂隙的代表,模拟气流和水流流动。并对模型尺寸比例做了一定的更改,探索齿状微裂隙的一般规律。使用传统的微观方法模拟齿状裂隙渗流问题时,需要构建大规模的线性方程组,在计算上有很大的难度,并且应用这些传统方法也无法展示微观流体的内部细节。而本文格子Boltzmann方法具有实现过程简单、边界处理方便和并行性好等特点,对于模拟流体渗流具有很好的适用性。本文对不同物理模型尺寸和不同凹槽比例的模型进行气流和水流模拟,通过格子Boltzmann方法的碰撞迁移等过程,实现稳态下流量的计算,并获得不同压差下的流线分布和流量关系。使用格子Boltzmann方法能清晰的呈现出流体的流态和速度分布,可以有效... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

一维格子模型

图 2-2 二维格子排列D2Q4 的具体参数为：=1 0 1 00 1 0 1， =√， = （D2Q5 的具体参数为：=0 1 0 1 00 0 1 0 1， =√， =2/6， = 01/6， =（2Q9 模型是二维空间常用的模型，该模型具有 9 个迁移方向，如图 以下具体介绍这个模型使用的方程、模型中的相关参数和计算方法。于 D2Q9 模型 LBE 可以写成（何雅玲，王勇，李庆，2009）：( + , + ) ( , ) = ( , ) = ( )（ i 为 9 个迁移方向，代号从 0 开始，即 i=0, 1, 2, …, 8。fi(x,t)表示粒子分

标准反弹格式中的分布函数

【参考文献】：
期刊论文
[1]格子玻尔兹曼方法在多相流中的应用[J]. 张建民,何小泷.  水动力学研究与进展（A辑）. 2017(05)
[2]粗糙床面振荡紊流边界层运动的三维格子玻尔兹曼模拟[J]. 周志博,张庆河.  水动力学研究与进展（A辑）. 2016(04)
[3]页岩储集层微观渗流的微尺度效应[J]. 宁正福,王波,杨峰,曾彦,陈进娥,张廉.  石油勘探与开发. 2014(04)
[4]多孔介质内流体流动的格子Boltzmann模拟[J]. 朱卫兵,王猛,陈宏,韩丁,刘建文.  化工学报. 2013(S1)
[5]鄂尔多斯盆地延长组致密油特征[J]. 姚泾利,邓秀芹,赵彦德,韩天佑,楚美娟,庞锦莲.  石油勘探与开发. 2013(02)
[6]格子Boltzmann方法模拟土体渗流场研究[J]. 张霞,李凤滨,盛金昌,詹美礼,罗玉龙.  水电能源科学. 2012(10)
[7]LBM在流体渗透率计算中的应用与优化[J]. 曾凡松,滕奇志.  计算机工程与应用. 2011(22)
[8]仿天然岩体裂隙渗流的实验研究[J]. 速宝玉,詹美礼,赵坚.  岩土工程学报. 1995(05)

博士论文
[1]煤岩粗糙裂隙结构渗流性质的实验与LBM模拟研究[D]. 张钦刚.中国矿业大学(北京) 2016

硕士论文
[1]长7超低渗透油藏注水开发数值模拟应用技术研究[D]. 任龙.西安石油大学 2012



本文编号：3297345