黏弹性流体在微孔道中流动的数值计算

论文摘要

聚合物驱油是三次采油中应用于油田的一项新技术,可视化实验验证:其可大大提高原油采收率。残余油膜在自身的内聚力、岩石对其的附着力以及油膜与驱替液两相的界面自由能的共同作用下以不同的形状分布着。聚合物依靠其较高的黏弹性,使这些残余油在聚合物溶液的拉拽和界面张力共同作用下,在残余油的上游端使之逐渐减薄、剥离,在下游端表面形成分散油滴,被聚合物溶液带走,之后残余油逐渐聚集重复此过程。本文选用Oldroyd-Maxwell上随体本构方程建立了黏弹性流体在微观孔隙空间流动的流动方程;运用计算流体动力学软件Polyflow对模型进行数值计算,给出本模型适合的边界条件;得到了流场的速度分布,应力分布;分析了松弛时间、油膜大小、流道宽度对速度、应力分布的影响;计算了作用于残余油膜表面上的法向应力、切向应力。结果表明:驱替液的弹性越大,流场速度的极值越小;作用在残余油表面上的法向应力、切向应力与驱替液的黏弹性有关,驱替液的弹性越大,残余油所受的法向应力和切向应力也越大,不对称性越严重;聚驱条件下残余油的受力要大于水驱条件下的受力;残余油油膜上游受压,下游受拉,其作用结果是使残余油膜的前进接触角变得更大,后退接触角变得更小,即产生更大的变形,从而更有利于残余油的启动。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 计算流体动力学基础
• 1.1 计算流体动力学概述
• 1.1.1 什么是计算流体动力学
• 1.1.2 计算流体动力学的特点
• 1.1.3 计算流体动力学的应用领域
• 1.2 POLYFLOW 软件概述
• 1.2.1 Polyflow 软件简介
• 1.2.2 Polyflow 软件的结构
• 1.2.3 Polyflow 软件的求解过程
• 1.3 流体动力学控制方程
• 1.3.1 质量守恒方程
• 1.3.2 动量守恒方程
• 1.3.3 能量守恒方程
• 1.3.4 组分质量守恒方程
• 1.3.5 控制方程的通用形式
• 第二章 黏弹性流体本构理论
• 2.1 非牛顿流体
• 2.1.1 非牛顿流体简介
• 2.1.2 非牛顿流体的分类
• 2.2 黏弹性流体
• 2.2.1 黏弹性流体的特点
• 2.2.2 黏弹性流体的本构方程
• 2.3 应力张量
• 第三章 界面张力与毛细现象
• 3.1 界面张力
• 3.1.1 界面自由能的基本概念
• 3.1.2 界面张力
• 3.2 润湿
• 3.2.1 润湿现象
• 3.2.2 润湿产生的原因
• 3.2.3 润湿程度的衡量标准
• 3.2.4 接触角滞后现象
• 3.3 毛细现象
• 3.3.1 弯曲表面上的附加压力
• 3.3.2 附加压力引起毛细现象
• 3.3.3 几种毛细现象
• 第四章 数值计算及结果分析
• 4.1 模型的描述
• 4.2 速度
• 4.2.1 速度分布的等值线图
• 4.2.2 速度分布的空间视图
• 4.3 应力
• 4.3.1 松弛时间对应力的影响
• 4.3.2 油膜大小对应力的影响
• 4.3.3 流道宽度对应力的影响
• 4.3.4 油膜的受力
• 第五章 油膜变形与破裂
• 5.1 油膜变形与破裂机理
• 5.2 影响变形和破裂的参数
• 5.2.1 毛管数
• 5.2.2 威森博格数
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要