【摘 要】
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反应流体的输运过程广泛存在于自然界与工业应用中,如二氧化碳地质封存、油藏增产、环境污染物处理以及燃料电池等。由于孔隙结构复杂,且流体输运、溶质传输及化学反应之间互相耦合,因此多孔介质内反应流体的输运行为非常复杂。本文从孔隙尺度出发,基于格子Boltzmann方法研究多孔介质内反应流体的混合析出过程以及流-固反应导致的溶解现象,详细分析化学反应对界面组分分布特征的影响以及溶解产物对溶解过程的影响,为
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反应流体的输运过程广泛存在于自然界与工业应用中,如二氧化碳地质封存、油藏增产、环境污染物处理以及燃料电池等。由于孔隙结构复杂,且流体输运、溶质传输及化学反应之间互相耦合,因此多孔介质内反应流体的输运行为非常复杂。本文从孔隙尺度出发,基于格子Boltzmann方法研究多孔介质内反应流体的混合析出过程以及流-固反应导致的溶解现象,详细分析化学反应对界面组分分布特征的影响以及溶解产物对溶解过程的影响,为实际工程应用提供技术指导及理论依据。论文的主要工作包括:首先采用分层模块化的设计方法,开发了多孔介质中反应流体输运的并行计算程序。通过模拟顶盖驱动方腔流及方解石颗粒的溶解过程,验证了并行计算程序的可靠性,并对计算程序进行了测试,结果表明计算程序具有较好的并行效率。其次基于反应流体输运的并行计算程序,模拟研究了多孔介质内的反应流体粘性指进析出过程,分析了反应速率、成核速率以及聚集速率的影响。结果表明,化学产物、固相组分主要集中在指进界面处,且浓度分布受到反应速率和Peclet数的影响。另外,研究结果表明多孔介质结构会对流体输运过程产生明显影响。最后研究了多孔介质中反应流体驱替过程中的溶解模式。重点分析了五种不同的溶解模式:致密溶解、锥形溶解、优势虫洞、分枝虫洞以及均匀溶解。此外,产物粘性变化会导致溶解模式改变,即分枝虫洞与优势虫洞之间的转变。
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