基于格子Boltzmann的多孔介质内多场耦合流动与传热模拟

发布时间：2024-12-22 06:58

　　石油化工行业中油气运移、聚集、开采、集输、加工、储存运输等都涉及到复杂的油气流动与传热问题。地层中的油气运移过程、油气的加工及储存运输过程等很多环节都涉及到多相流动与传热问题,对其机理的探究在石油钻井、油气开发等领域越来越重要。油层岩石是典型的多孔介质,其内部结构复杂,导致多孔介质内多相流体的流动和传热过程非常复杂,到目前为止人们还不能完全掌握多孔介质内的传热及流动规律。格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)作为一种介尺度的数值模拟方法,经过几十年的研究与发展,其基本理论、基本模型均得以发展和完善。利用LBM在处理复杂边界问题时的独特优势,研究多孔介质内的流动和传热问题,能够达到准确、有效、适用性强的效果,为准确模拟油藏岩石中多相流动与传热过程,揭示油层中流场与温度场的分布规律提供技术参考与理论依据。根据LBM的单松弛时间(SRT)法构建多孔介质内的流体流动模型。采用有限体积颗粒(FSP)法构造多孔介质骨架及可移动的悬浮颗粒,流体与固体骨架采用反弹格式,使用动量交换法处理流体和悬浮颗粒的相互作用。根据多组分DDF方法构建了多孔介质内流动与传...

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 多孔介质内的流动和传热研究
    1.3 格子Boltzmann方法发展及应用
        1.3.1 格子Boltzmann方法的发展
        1.3.2 格子Boltzmann方法的应用
        1.3.3 格子Boltzmann方法在多孔介质渗流与传热研究的应用
    1.4 本文研究的主要内容
第2章 基于格子Boltzmann方法的流动与传热模型
    2.1 格子Boltzmann方法基本原理
        2.1.1 Boltzmann方程
        2.1.2 从Boltzmann方程到格子Boltzmann方程
    2.2 格子Boltzmann方法的流动模型
        2.2.1 单松弛(SRT)模型
        2.2.2 流固两相流的格子Boltzmann方法
    2.3 格子Boltzmann方法的传热模型
        2.3.1 多组分DDF格子Boltzmann模型
        2.3.2 不可压流动的DDF格子Boltzmann模型
    2.4 流场与温度场的边界处理格式
        2.4.1 周期性边界
        2.4.2 反弹格式
        2.4.3 非平衡态外推边界
    2.5 本章小结
第3章 油水混合物在多孔介质内的渗流模拟研究
    3.1 模型建立及边界条件
        3.1.1 三维格子Boltzmann模型
        3.1.2 边界条件
    3.2 物理单位与格子单位的转换
    3.3 模型验证
        3.3.1 Poiseuille流动
        3.3.2 渗流基本定律
    3.4 油水混合物渗流模拟结果与讨论
        3.4.1 多孔介质的各向异性
        3.4.2 渗流速度对流动行为的影响
        3.4.3 原油含水率对渗流的影响
    3.5 本章小结
第4章 油水混合物在多孔介质内的传热模拟研究
    4.1 模型建立及边界格式
        4.1.1 模型建立
        4.1.2 边界条件
    4.2 模型验证
        4.2.1 二维方腔自然对流
        4.2.2 三维方腔自然对流
        4.2.3 静止流体中恒温颗粒周围流体的热传导
    4.3 模拟结果与讨论
        4.3.1 渗流速度对温度分布的影响
        4.3.2 含水率对温度分布的影响
        4.3.3 孔隙结构对传热的影响
    4.4 本章小结
第5章 流固两相在多孔介质内的流动与传热特性研究
    5.1 流固耦合
    5.2 模型验证
    5.3 多孔介质内流固两相流动特性
        5.3.1 颗粒通过平直孔隙的沉降
        5.3.2 颗粒通过弯曲孔隙的沉降
    5.4 多孔介质内流固两相传热特性
        5.4.1 双颗粒通过平直孔隙的传热
        5.4.2 多颗粒通过弯曲孔隙的传热
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢



本文编号：4019620