裂缝内可压缩流动的气体动理学数值模拟研究

发布时间：2020-03-19 13:16

【摘要】：裂缝内可压缩流动广泛存在于油气开采、CO_2埋存、地下水污染处理等工业生产及自然界中,是能源开发、环境治理等领域重点关注的问题。例如,在天然气开采中的高压气井井筒附近,气体的可压缩性对流动的影响显著。本文将基于气体动理学格式(Gas Kinetic Scheme,GKS)在孔隙尺度上模拟裂缝内可压缩流动,并分析流动达到阻塞的影响因素,研究基质岩块系统与裂缝系统之间的窜流对出流流量的影响。以下是本文研究工作的主要内容:1、结合直角网格技术,开发了针对多孔介质内流动的GKS模拟方法。检验了该数值方法模拟复杂区域的不可压低速渗流和可压缩流动的可行性与有效性。测试结果表明:开发的GKS程序能够有效地处理复杂边界形状;相比于单松弛格子玻尔兹曼方法,GKS能够精确实现壁面无滑移边界条件,从而正确反映渗透率与黏性无关的特性;对于Berea砂岩切片结构中的复杂流动,模拟结果与实验吻合较好,能较精确地计算出渗透率。2、模拟了曲张管道内的可压缩流动,分析了管道的各项特征参数(如管道长度,凸起物的幅度,凸起物个数等)及管道截面形状对管内可压缩流动的影响,总结了管内流动发生阻塞的相关规律:对于该类曲张管道模型,管内阻塞的位置均是位于喉道处,且管道越短或凸起幅度越大或凸起物越多,管道越容易发生阻塞;临界压力比与管道长度存在线性关系;各项参数相同时,圆管道比平行通道更容易发生阻塞。3、提出了与气藏储层的平均压力、气藏储层的渗透率、裂缝尺寸、气体动力学黏度等相关的基质-裂缝窜流边条件,并将其应用到直圆管内可压缩流动的研究中。模拟结果表明:流入管内的气体总量是气藏储层的平均压力与井筒压力比值的非线性函数,且存在饱和现象;当气藏储层的平均压力与井筒压力比值较大时,井筒中的大部分气体都产自裂缝与井筒连接处附近的储层区域。总之,本文结合直角网格技术,开发了针对多孔介质流动的GKS模拟方法,检验了该数值方法模拟复杂区域的不可压低速渗流和可压缩流动的可行性与有效性,为进一步研究多孔介质内的输运问题提供了有效的工具;此外,本文还提出了一种基质-裂缝窜流边条件,分析了井筒附近的流道四周存在窜流时,对流道内可压缩流动的影响,为以后的相关研究奠定了基础。
【图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文函数求矩可得： +1= 1 Δ + . (2.8)因此，为了使单元的宏观守恒量在每个离散时间步中得到更新，我们首先必须构造出各个界面处的数值通量 。

= 2+2 2 1 2 2+12 3 3 4 , 12( 2+ 2+ ( + 2)/2 )、 2=12( 3+ 2+ ( + 4) /2 )、 4=14( 4+ 4+ 2 2 2+ ( )，则将(2.13)、(2.14)、(2.15)、(2.16)、(2.17的值。偏导数均可根据宏观量的偏导数求得，而宏观量(2.11)中的 0可根据公式(2.4)通过界面处的宏可压缩问题，界面处的宏观量可通过界面左右线性插值与中心差分的模板如图 2.2 所示，所考
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE37;O35

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 祁大同,王尚锦;奇点法在叶轮机械任意回转面亚音速可压缩流动计算中的应用[J];应用力学学报;1989年02期

2 王尔智;陶瑞民;;求解非定常可压缩流动问题的边界元方法的研究[J];中国电机工程学报;2006年24期

3 马东军,孙德军,尹协远;一维多介质可压缩流动数值方法[J];计算物理;2003年02期

4 徐丽;姜明洋;蔡静静;吴硕;;无粘可压缩流动的改进高精度方法[J];计算力学学报;2019年06期

5 马东军,蔡勇,孙德军,尹协远;两种多介质流体可压缩流动界面捕捉方法的数值研究(英文)[J];中国科学技术大学学报;2002年02期

6 杜东兴,李志信,过增元,岳敏;微细光滑管内可压缩流动换热特性的数值研究[J];清华大学学报(自然科学版);2000年11期

7 丁文静,何雅玲,陶文铨;基于脉管制冷机的二维可压缩流动数值计算程序的开发与应用[J];工程热物理学报;2004年06期

8 马东军,孙德军,尹协远;高密度比多介质可压缩流动的PPM方法[J];计算物理;2001年06期

9 张镭,袁礼;用改进的耦合型Level Set方法计算一维双介质可压缩流动[J];计算物理;2001年06期

10 孟庆昌;张志宏;顾建农;刘巨斌;;回转椭球体可压缩流动数值计算[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2008年06期

相关会议论文 前10条

1 罗喜胜;;可压缩流动中水蒸汽的同质凝结的理论分析与数值模拟[A];第七届中国空气动力学学会物理气体动力学专业委员会换届选举大会暨学术交流会论文集[C];2016年

2 李万爱;任玉新;;非结构无波动间断谱元法在可压缩流动中的应用[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

3 袁湘江;陶建军;沈清;涂国华;;可压缩流动中小激波形成的机理研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

4 陆夕云;;可压缩流动的数值计算和分析[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

5 姜元勇;徐曾和;;局部非热平衡条件下填充床中的可压缩流动与气固反应[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

6 范进之;李桦;;基于Guauss-Lobatto节点的CPR方法在求解可压缩流动问题时计算精度的研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

7 姜元勇;徐曾和;;填充床中可压缩流动与非等温气固反应[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

8 朱建州;杨焱;;气动声学中不同模态的转换以及关于声模态和声源的界定与分离的再思考[A];第九届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2016年

9 任虎;朱建州;;涡轮机内旋转流动相关问题研究[A];2018年全国工业流体力学会议摘要集[C];2018年

10 李伟鹏;刘洪;;高精度激波捕获格式的研究与分析[A];高超声速专题研讨会暨第五届全国高超声速科学技术会议论文集[C];2012年

相关博士学位论文 前7条

1 田浩;三维可压缩流动的非定常分离及飞行器运动/流动耦合的非线性动态稳定性[D];中国空气动力研究与发展中心;2015年

2 王芳;非紧致结构气动噪声数值积分预测方法研究[D];西北工业大学;2015年

3 徐浩然;大型风力机翼型气动性能优化研究[D];扬州大学;2015年

4 林健宇;切割网格方法及激波与气泡相互作用研究[D];中国科学技术大学;2016年

5 程万;伴随凝结的无粘可压缩流动研究[D];中国科学技术大学;2011年

6 姜元勇;多孔相变材料中的流动与反应[D];东北大学;2009年

7 李德波;气固两相剪切流动大规模并行直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年

相关硕士学位论文 前8条

1 曾伟;裂缝内可压缩流动的气体动理学数值模拟研究[D];华中科技大学;2019年

2 王博;二维可压缩流动转捩计算[D];西北工业大学;2004年

3 左计学;应用场协同理论的蒸汽喷射器优化设计研究[D];大连理工大学;2012年

4 李震;基于有限差分方法的可压缩流动大涡数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 王杰;高温堆直接循环系统瞬态分析算法研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

6 刘宇;基于涡方法的涡运动研究[D];北京交通大学;2011年

7 袁瑞峰;气体动理论格式的浸入边界法研究[D];西北工业大学;2015年

8 季鑫龙;可压缩流动的计算及AUSM+格式的应用[D];华东理工大学;2014年

，

本文编号：2590273