多孔介質(zhì)中粘彈性流體流動(dòng)機(jī)理的SPH模擬.pdf

1、現(xiàn)實(shí)工程應(yīng)用中常常會(huì)面臨多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動(dòng)問(wèn)題，如低滲透油藏開發(fā)、煤氣層的開采、地下水的應(yīng)用等。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的持續(xù)發(fā)展，石油在促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展中的作用越來(lái)越明顯，對(duì)于我國(guó)的石油開采工業(yè)而言，迫切需要進(jìn)一步提高石油的采收率。針對(duì)這樣的實(shí)際問(wèn)題，本文以研究流體在多孔介質(zhì)當(dāng)中的流動(dòng)特征為背景，在以往眾多計(jì)算方法中引入一種無(wú)網(wǎng)格方法-光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)方法(SPH)。這種方法是一種無(wú)網(wǎng)格、純拉格朗日粒子法，它是一種用于求解連續(xù)介質(zhì)動(dòng)力

2、學(xué)的數(shù)值方法。在處理移動(dòng)物質(zhì)交界面、大變形等問(wèn)題時(shí)，由于不需要網(wǎng)格劃分和重構(gòu)的特點(diǎn)而顯示出了傳統(tǒng)網(wǎng)格方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在該方法在經(jīng)典牛頓流體力學(xué)等領(lǐng)域均已得到了廣泛的應(yīng)用，而對(duì)于非牛頓流體力學(xué)數(shù)值模擬方面起步較晚。
　　本文首先對(duì)無(wú)網(wǎng)格方法以及SPH方法的基本概念進(jìn)行了介紹，對(duì)SPH方法的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，并指出了其應(yīng)用領(lǐng)域。給出了SPH方法的計(jì)算思想和基本公式，并對(duì)一些其他概念包括支持域和影響域等進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，同時(shí)也

3、列舉出了幾種常見的核函數(shù)，并給出了一些構(gòu)造方法。
　　其次，列舉編制SPH方法程序過(guò)程當(dāng)中的一些重要數(shù)值處理方法，這些數(shù)值處理方法對(duì)模擬結(jié)果起著至關(guān)重要的作用，如最近相鄰粒子搜索法、時(shí)間步長(zhǎng)的選取和密度初始化等。并運(yùn)用所編制的程序模擬經(jīng)典的方腔剪切流，驗(yàn)證了程序的正確性，通過(guò)對(duì)比分析使用不同核函數(shù)時(shí)的模擬結(jié)果，可以看出在特定的光滑函數(shù)支持域下，緊支性條件在三種光滑函數(shù)中都能得到滿足，計(jì)算結(jié)果差異均較小，但當(dāng)在更狹窄的支持域條件下，

4、三次樣條函數(shù)因其需要的粒子量相比其他兩種較少，隨之計(jì)算時(shí)間短，因此將三次樣條函數(shù)應(yīng)用到后文的模擬當(dāng)中。
　　最后，將SPH方法拓展到了粘彈性流體流動(dòng)領(lǐng)域，通過(guò)選擇能夠描述粘彈性流體的本構(gòu)方程，并與SPH方法相結(jié)合，編制出能夠描述粘彈性流體流動(dòng)的程序。首先對(duì)此程序進(jìn)行了驗(yàn)證，在模擬經(jīng)典的Poisuille的過(guò)程中，不僅驗(yàn)證了該程序的正確性，同時(shí)對(duì)引起粘彈性流體流動(dòng)特性變化的影響參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，主要包括We數(shù)、Re數(shù)以及牛頓黏度