本文選題：兩相流　切入點(diǎn)：非牛頓流體　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：兩相驅(qū)替在多種領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,如石油開(kāi)采、鍍膜、塑料模具的氣體輔助制造以及循環(huán)動(dòng)力學(xué)等。兩相驅(qū)替往往涉及到界面的不穩(wěn)定性,界面失穩(wěn)形成的斑圖有時(shí)是不利的,如石油開(kāi)采中的粘性指進(jìn)會(huì)降低原油采收率�；诖�,兩相驅(qū)替問(wèn)題長(zhǎng)久以來(lái)一直是科學(xué)界和工業(yè)界感興趣的重要課題。本文采用數(shù)值模擬的方法分別研究了Hele-Shaw模型中粘性指進(jìn)問(wèn)題以及多孔介質(zhì)中稠油的聚合物驅(qū)特性。主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)包括： (1)研究了板間距沿展向周期變化的Hele-Shaw模型中兩相牛頓流體驅(qū)替的粘性指進(jìn),發(fā)現(xiàn)板間距變化的波數(shù)n對(duì)指進(jìn)的斑圖有非常重要的影響。當(dāng)n=1時(shí),模型橫截面中部板間距比較大,這使得形成的指進(jìn)相比常規(guī)Hele-Shaw模型中的更窄。當(dāng)n=2時(shí),我們得到四種與前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似的指進(jìn)斑圖：定常行進(jìn)的對(duì)稱雙尖指進(jìn)、單邊振蕩的非對(duì)稱指進(jìn)、定常非對(duì)稱指進(jìn)以及局部非對(duì)稱指進(jìn)。當(dāng)n繼續(xù)增大時(shí),新的斑圖出現(xiàn)。如當(dāng)n=3,4時(shí),分別得到雙邊振蕩的對(duì)稱指進(jìn)和雙邊振蕩的非對(duì)稱指進(jìn)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)指進(jìn)發(fā)生側(cè)邊振蕩是由于界面從指進(jìn)尖端向后延伸時(shí)橫向曲率的減小導(dǎo)致被驅(qū)替相的向側(cè)壁運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的。還研究了板間距變化幅度A、Hele-Shaw模型的寬度W及毛管數(shù)Ca對(duì)指進(jìn)斑圖和指進(jìn)寬度的影響。然后我們還研究了板間距沿流向周期變化對(duì)指進(jìn)的影響,結(jié)果表明板間距沿流向周期變化對(duì)粘性指進(jìn)的發(fā)生有抑制或促進(jìn)的作用,也會(huì)影響最終指進(jìn)形態(tài)的斑圖特性。 (2)研究了Hele-Shaw模型中驅(qū)替相為非牛頓流體的粘性指進(jìn),線性穩(wěn)定性分析的結(jié)果表明當(dāng)流動(dòng)的剪切速率不是太小時(shí),驅(qū)替相的剪切致稀特性的引入增大擾動(dòng)的線性增長(zhǎng)率、最不穩(wěn)定波數(shù)及截?cái)嗖〝?shù)。對(duì)于指進(jìn)形成的非線性階段的數(shù)值模擬結(jié)果表明,驅(qū)替相的剪切致稀特性使得指進(jìn)更不穩(wěn)定,指進(jìn)易發(fā)生尖端分裂、夾斷和融合等現(xiàn)象而使得界面更不規(guī)則。對(duì)剪切致稀流體導(dǎo)致指進(jìn)變寬的進(jìn)一步研究表明,指進(jìn)變寬主要是由于驅(qū)替相粘性的增加,而非驅(qū)替相的剪切致稀特性的作用。剪切致稀流體在板間距展向周期變化的Hele-Shaw模型中的粘性指進(jìn)的斑圖更復(fù)雜：在被驅(qū)替相引入剪切致稀特性可以抑制指進(jìn)側(cè)邊振蕩的發(fā)生;而驅(qū)替相為剪切致稀流體時(shí),界面斑圖同時(shí)表現(xiàn)出了剪切致稀特性和板間距變化的影響。 (3)采用數(shù)值模擬的方法研究多孔介質(zhì)中的稠油聚合物驅(qū)特性,發(fā)現(xiàn)在稠油聚合物驅(qū)過(guò)程中,聚合物溶液的濃度與段塞尺寸分別存在最優(yōu)值,即當(dāng)聚合物溶液濃度或段塞尺寸低于最優(yōu)值時(shí),采收率隨聚合物溶液濃度或段塞尺寸的增加而迅速增加；而當(dāng)濃度或段塞尺寸高于該值時(shí),采收率隨聚合物溶液濃度或段塞尺寸的增加而只有小幅增長(zhǎng),這時(shí)候使用更高濃度或更大段塞尺寸的聚合物溶液從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)說(shuō)是不劃算的。進(jìn)一步的分析研究表明聚合物溶液的最優(yōu)濃度與段塞尺寸隨原油粘性增加而增加；滲透率變異系數(shù)越大,地層非均勻性越強(qiáng),最優(yōu)濃度與最優(yōu)段塞尺寸越大；越早開(kāi)始聚合物驅(qū),最優(yōu)濃度與最優(yōu)段塞尺寸越小；在所研究的范圍內(nèi),注入速度不會(huì)影響最優(yōu)濃度及最優(yōu)段塞尺寸。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE357.46

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉皖露;馬德勝;王強(qiáng);劉朝霞;;化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬技術(shù)[J];大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào);2012年03期

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本文編號(hào)：1644614