多孔介質(zhì)中流體的若干流動特性研究.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)的復雜性，所以流體在多孔介質(zhì)中的流動問題越來越受到人們的廣泛關(guān)注。本文首先對多孔介質(zhì)和分形的基本概念做了簡要介紹，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，通過分別考慮固體顆粒重疊時、不重疊時以及粒子的不同排列等情形時的流體流線，然后對這些

2、理想代表性流線的迂曲度取幾何平均和加權(quán)平均，最后推導出流體流過多孔介質(zhì)的迂曲度解析表達式。本模型與實驗數(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)，沒有經(jīng)驗常數(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?？紤]到實際毛細管的彎曲性和毛細管管徑的分形分布，給出了單毛細管中冪律流體的流量、水力傳導系數(shù)和視粘度的分形表達式；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式；給出了多孔介質(zhì)中賓漢姆流體的流量、流速和啟動壓力梯度的分形表達式且詳細分析了啟動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)有機聯(lián)系起來，使我們更能深刻理解非牛頓流體在多孔介質(zhì)中流動的內(nèi)在機理。 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，考慮到實際毛細管的彎曲性和毛細管管徑的分形分布，給出了徑向和平行流動時的孔隙數(shù)目、孔隙率、流量、流速和滲透率的分形表達式；得到