多孔介質(zhì)中流體的若干流動(dòng)特性研究.pdf

1、多孔介質(zhì)廣泛存在于自然界、工程材料、生物體和地下結(jié)構(gòu)中，由于其微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。本文首先對(duì)多孔介質(zhì)和分形的基本概念做了簡(jiǎn)要介紹，然后綜述了分形幾何理論基礎(chǔ)。 第二部分采用幾何分析法研究了二維和三維情況下的球形顆粒、立方體顆粒和板狀顆粒多孔介質(zhì)中流體流線的迂曲度，首先給出多孔介質(zhì)的理想幾何模型，通過(guò)分別考慮固體顆粒重疊時(shí)、不重疊時(shí)以及粒子的不同排列等情形時(shí)的流體流線，然后對(duì)這些

2、理想代表性流線的迂曲度取幾何平均和加權(quán)平均，最后推導(dǎo)出流體流過(guò)多孔介質(zhì)的迂曲度解析表達(dá)式。本模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果均吻合很好，且迂曲度僅僅是孔隙率的函數(shù)，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，因而有助于人們理解多孔介質(zhì)中彎曲流線迂曲度的物理機(jī)理。 第三部分研究了冪律流體和賓漢姆流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)。考慮到實(shí)際毛細(xì)管的彎曲性和毛細(xì)管管徑的分形分布，給出了單毛細(xì)管中冪律流體的流量、水力傳導(dǎo)系數(shù)和視粘度的分形表達(dá)式；給出了多孔介質(zhì)中冪律流體的流量、流

3、速、視粘度和有效滲透率的分形表達(dá)式；給出了多孔介質(zhì)中賓漢姆流體的流量、流速和啟動(dòng)壓力梯度的分形表達(dá)式且詳細(xì)分析了啟動(dòng)壓力梯度的影響因素。本模型將非牛頓流體與多孔介質(zhì)的微結(jié)構(gòu)參數(shù)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，使我們更能深刻理解非牛頓流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理。 第四部分研究了分形多孔介質(zhì)中牛頓流體的平面徑向和平行流動(dòng)，考慮到實(shí)際毛細(xì)管的彎曲性和毛細(xì)管管徑的分形分布，給出了徑向和平行流動(dòng)時(shí)的孔隙數(shù)目、孔隙率、流量、流速和滲透率的分形表達(dá)式；得到