聚合物溶液在多孔介质中的渗流特性研究

论文摘要

利用RS600旋转流变仪测出了不同浓度下聚合物溶液的流变性,分析了温度、剪切速率、质量浓度对流变特性的影响,采用幂律模式拟合流变曲线得出了相应的幂律指数和稠度系数。通过动态剪切实验和稳态剪切实验测定了聚合物溶液的粘弹性,证实了聚合物溶液同时具有粘性和弹性,浓度大于1000mg/L的溶液弹性表现明显。通过多孔介质中流体流动的体积平均方法和体积平均原理,获得了幂律流体的体积平均连续性方程和体积平均运动方程;分析了体积平均运动方程中的单位体积阻力,采用Darcy阻力经验公式和Forchheirner修正,推导出了幂律流体在多孔介质内流动的Brinkman-Forchheirner广义Darcy定律。引入了幂律流体颗粒绕流雷诺数和Fanning摩擦系数,通过多孔介质内幂律流体For- chheimer广义Darcy定律的无量纲式推导出了幂律流体在多孔介质内的摩擦系数与雷诺数的关系式。实验测定了不同浓度的聚合物溶液在四组多孔介质填充管中的压降和流量,绘出了摩擦系数随颗粒绕流雷诺数变化的关系曲线,参考有关文献,将实验区域按雷诺数范围划分为Darcy流、过渡流和惯性流,对不同流态下摩擦系数和雷诺数的关系曲线进行了解释,并详细分析了幂律指数对流动的影响程度。对于弹性明显的聚合物溶液,实验分析得出受弹性拉伸效应的影响,溶液在多孔介质中流动时会出现摩擦阻力增大、临界雷诺数变小的现象。实验观察的摩擦系数值与推导的幂律流体摩擦系数与雷诺数的关系式计算值基本吻合,证明了引入体均法推导的幂律流体在多孔介质中流动控制方程的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.2.1 多孔介质内流体渗流的研究现状及进展
• 1.2.2 聚合物溶液在多孔介质中渗流的研究进展
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 聚合物溶液的流变性
• 2.1 非牛顿流体及其流变曲线
• 2.2 聚合物溶液的流变性
• 2.2.1 聚合物溶液的流变模型
• 2.2.2 流变性的测量方法
• 2.3 聚合物溶液的流变性实验
• 2.3.1 实验所用仪器和材料
• 2.3.2 实验结果及分析
• 2.3.3 幂律指数和稠度系数
• 2.3.4 流变实验的理论解释
• 2.4 聚合物溶液的粘弹性
• 2.4.1 粘弹性流体及其流动现象
• 2.4.2 粘弹性的分子理论
• 2.4.3 粘弹性的唯象本构模型
• 2.5 聚合物溶液的粘弹性实验
• 2.5.1 动态剪切实验
• 2.5.2 稳态剪切实验
• 2.6 小结
• 第三章 流体在多孔介质中流动的基本规律
• 3.1 多孔介质的基本性质
• 3.1.1 多孔介质的定义
• 3.1.2 多孔介质的基本性质
• 3.1.3 多孔介质中的毛细特性
• 3.2 流体在多孔介质中流动的基本方程
• 3.2.1 多孔介质中流体流动的体均法
• 3.2.2 多孔介质中流动的基本方程及其体均式
• 3.2.3 多孔介质中幂律流体的控制方程及其体均化
• 3.2.4 边界条件
• 3.3 小结
• 第四章 聚合物溶液在多孔介质中的渗流实验
• 4.1 实验目的
• 4.2 多孔介质中幂律流体的雷诺数和摩擦系数的关系
• 4.2.1 颗粒绕流雷诺数和 Fanning 摩擦系数
• 4.2.2 幂律流体流动方程的无量纲形式
• 4.3 实验所用多孔介质及材料
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 不同流态下摩擦系数与雷诺数的关系曲线
• 4.4.2 同幂律指数下摩擦系数与雷诺数的关系曲线
• 4.4.3 实验值与关系式计算值的比较
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果
• 致谢