基于LBM方法的岩石多孔介质各向异性渗流研究

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多孔介质广泛存在于生物体、地下煤岩土结构、工程材料中,其微结构相当复杂,很难准确的对其进行定量描述,流体在多孔介质中的渗流研究也没有形成统一的认识。本文以流体在各向异性多孔介质中的渗流为研究思路,围绕复杂多孔介质中裂隙的方向性对流体渗流的影响,通过自主研发程序,结合格子Boltzmann方法对多孔介质进行渗流模拟,分析多孔介质的复杂性以及各向异性对流体渗流的影响规律,获得如下研究成果:  (1)提出面积周长比,给出计算方法,通过自主编程并结合Photoshop完成其计算与校验,该程序计算快捷且精度较高。  (2)自主编程人工生成多孔介质,利用格子Boltzmann方法进行渗流数值模拟,对模拟结果分析发现:①各向同性多孔介质中,面积周长比与核生长概率关系式为:T=aH1/b;分形维数与核生长概率关系式为:D=aH1/b。②各向异性多孔介质中,面积周长比与核生长概率关系式为:T=aH1/b;分形维数与核生长概率关系式为:D=a。系数a和b随着孔隙率的不同而变化,相比之下,面积周长比对多孔介质孔隙结构的描述更加敏感。  (3)对各向异性多孔介质渗流模拟结果统计分析发现:①渗透率与核生长概率的关系式为:k=ae(x-b/c)2,其中,系数a、b、c随着多孔介质裂隙角度以及孔隙率的变化而变化;②核生长概率不变时,渗透率与裂隙角度的关系式为:K=-ax+b,其中,斜率-a和截距b随着孔隙率的增加而减小。  本文采用面积周长比与裂隙方向性对多孔介质的各向异性进行定量描述,结合LBM方法对多孔介质进行渗流研究,为流体在多孔介质裂隙中的渗流研究提供了一个新的思路。
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