调查通过岩石粗糙骨折基于非线性流动行为实验,提出了三维数值模拟

文摘

岩石裂缝的主要流动渠道,其形态学特征和空间特征深深影响渗流行为。储层砂岩为例,四组骨折分裂不同粗糙度扫描的几何特性,然后是渗流实验来分析压力梯度的关系和流量 ,和临界雷诺数( )和墙摩擦系数( )决心解释线性渗流非线性渗流的翻译情况。基于扫描云数据不同的粗糙的骨折,骨折重建,引入COMSOL多重物理量软件;粗糙的骨折三维渗流模型校准和模拟渗流过程和相应的压力分布,并解释了流速的不对称。同时,考虑渗流特性进行了研究孔径的变化不同的样例骨折;结果表明,增加骨折减少相对粗糙度相同的光圈,Forchheimer公式的拟合系数基于数据~减少,有关系数的数据和相应的光圈上面描述的非线性条件的骨折。此外,壁摩擦因素是派生的表达,和的关系 , _,和相对粗糙度表示断口粗糙度的增加而增加考虑相同的光圈,导致非线性流更容易,否则不显示可以用来描述渗流条件和相应的转折点。最后,从计算结果可以看出,非线性引起的流体流动主要是漩涡的形成在骨折路口和临界压力梯度随角增大而减小。同时,分析有关系数Forchheimer法对应裂缝提出了考虑到交叉路口角和表面粗糙度,揭示了非线性流动。上述调查给予理论支持理解和揭示岩石粗糙裂隙的渗流机理。

1。介绍

岩石裂缝是常见的岩石工程领域。和骨折的渗流控制渠道发挥重要作用在地下水评价、油气开发、交通;如何解决流动行为通过上述复杂骨折的关键工程(1]。

,许多研究表明,天然裂缝与复杂的形态形成的渗流通道影响渗流行为。一些研究人员如Babadagli et al。2和辛格et al。3)研究了立方定律来描述骨折的低速流考虑断裂形态。考虑到流速增加,人民币et al。4和齐默尔曼等。5)进行了流量测试和解释了非线性流动,表明更大的流速在恶劣的骨折和壁摩擦系数扩大惯性力显示非线性流动行为;因此,立方定律考虑粘性力不能适用于流经的骨折,尤其是在高流动条件下。

近年来,许多研究人员进行了非线性流测试,理论和数值模拟;Ranjith和达灵顿6),钱等。7],张和Nemcik [8),Zoorabadi et al。9陈和周(10),和熊等。11)进行了流量测试考虑不同的大量的岩石断口粗糙度分析断口粗糙度的影响在加载和卸载条件下非线性流动,揭示非线性流的渗流机制的行为通过粗略的骨折。上面提到的测试成果给支持建立一个合理的模型来描述非线性流。因此,一些研究人员提出了一些理论模型,如渗流腔模型,音译)et al。12),改进的立方模型由红光et al。13),T模型类似于Forchheimer模型Javadi et al。14),基于修正雷诺方程和模型由李et al。15照亮的渗流特征。然而,许多简化的理论模型不能完全描述非线性流动行为通过粗略的骨折。因此,基于实验和数值模拟的理论已经发展为复杂流动行为的骨折。王等人。16和邹等。17)提出了一些数值模型基于玻耳兹曼和流利的软件来分析非线性流动的骨折。

此外,上述测试、理论分析和数值模拟了很多有用的成果深流的调查行为通过复杂的骨折。然而,粗糙裂隙表面可能影响摩擦损失、惯性力、和渗流行为,而流体流经的骨折。Nazridoust et al。18),杨et al。19),Zhang et al。20.周],et al。21),和发源地等。并且22)进行了实验和理论提出的渗流模型考虑壁摩擦效应,揭示了流体的演化机制的骨折考虑壁摩擦效应,深入解释了,流的渗流机制通过粗糙骨折尤其是代表的转换从线性到非线性渗流行为而突然断裂粗糙度和流速变化。然而,以上调查的重点是通过二维裂缝流动行为;高级研究在三维流动特性骨折应深入开展。

此外,当流体注入裂缝的十字路口,流动压力和流量分布受到许多因素的影响,如流体性质(23),断裂交会角(24,25,断裂表面粗糙度23),和压力梯度26]。流体流动行为派生一个骨折(27- - - - - -29日)不适用于骨折路口的情况下,特别是在非线性流态被认为是。数值模拟已经由刘et al。30.和熊等。31日]估计骨折路口非线性流动行为的影响在穿越骨折。发现的非线性流态发生骨折引起的惯性影响路口不应被忽视。尽管许多描述进行了实验和数值研究,断裂交会角的影响机制和粗糙度对流体流动行为很少讨论。此外,相应的非线性流模型还很少报道。

尽管许多实验研究进行了描述,从理论上讲,数值,通过三维粗糙骨折考虑空间分布尚未深入研究。储层砂岩为例,骨折具有不同粗糙度形成和扫描点云数据获取关键参数描述的骨折。然后,流测试一直在进行这些断裂模型和相应的数值模拟进行了通过求解navier - stokes方程基于软件COMSOL多重物理量描述非线性关系和流分布行为。同时,组三维断裂研究了十字路口特别关注非线性流动行为。和半经验的表达式的非线性项Forchheimer法律提出了不同情况下的粗糙的骨折和骨折十字路口,揭示了流非线性三维粗糙的骨折。成果可以帮助验证各种各样的渗流理论,特别是促进相应工程中的一般应用程序。

2。流测试的岩石粗糙的骨折

2.1。制备的岩石粗糙的骨折

测试砂岩来自西方Xindianzi背斜在重庆城市选择不同渗流实验研究考虑设计。它是观察从图1(一)砂岩是灰色和白色,大小的所有测试砂岩标本圆柱直径50毫米和100毫米的长度大约根据国际岩石力学学会的方法(ISRM)。然后,巴西测试(图的绘制1 (b))获得了人工粗糙的骨折。至于这个测试过程,准备样品放置在特殊夹,然后装载不同的加载率形成骨折有明显粗糙度绘制在图1 (c)。和更大的加载速率导致应力集中,形成与小波度和粗糙度骨折;否则,骨折与粗糙表面形成正常。

2.2。采集和分析的三维形态的骨折

上面提到的四种不同的分裂砂岩组骨折具有不同粗糙度名为S1, S2、S3和S4选择激光扫描系统几何形态。和激光扫描系统由三维非接触光学扫描仪名叫OKIO-B和相应的扫描软件,所以它可以采取扫描断口表面非接触式获得高精度和大量的数据和展览的实时照片获得的点云数据三维断裂表面。此外,根据扫描点云数据系统优化降噪和修补,然后导入到软件冲浪者重建三维断裂表面(24]绘制在图2(一个)- - - - - -2 (d)(单位:毫米)。

另外,上面的点云数据变成了笛卡尔坐标,假设 的坐标上表面和下表面方向考虑到骨折的上表面和下表面在同一坐标系统,如下列方程。 在那里, 的坐标方向节点( )在一个共同的坐标系统上、下断裂表面,分别。所以,骨折孔径( )可以由以下方程。 在哪里在节点(骨折孔径 ),的减法 下面的方程所示。

因此,平均孔径三维断裂表面的可以写的

然后,基于点云数据计算方程(1)和(2),平均表面坐标( )和绝对粗糙度( )分别可以得到方程(7)和(8)上断裂表面。同样,绝对的较低的断裂表面粗糙度( )可以获得。

因此,断裂表面的平均绝对粗糙度( )对上、下断裂表面可以通过方程计算(9),平均孔径、绝对平均粗糙度和相对粗糙度的样品S1、S2、S3、S4如表所示1。

2.3。流的程序测试岩石粗糙的骨折

所有的测试将进行岩石伺服控制三轴设备命名岩石600 - 50 - ht +顶级工业生产的法国绘制在图3。三轴细胞能够进行三轴压缩试验围压(P2) 60 MPa,随着偏应力(P1)达到500 MPa,随着传感器的分辨率0.01 MPa。系统可以处理常数,常数流量,和瞬态脉冲磁导率测试在低或高的和水压力,选择和高精度电子天平测量实时流量(27]。伺服控制流体泵可以产生孔隙压力60 MPa (P3、P4)。此外,上游和下游流体压力可以调节孔隙压力泵P3和P4;结果,渗透测试可以进行恒定流体压力或恒容条件根据实验目标。

至于流过程,首先饱和砂岩的标本,然后由真空泵真空包装了4小时,湿注入蒸馏水的4个小时,最后浸泡16小时,确保标本都装满了水。然后,3毫米厚的标本是封闭的氟橡胶橡胶外套,然后放置在样品组装。多孔间距器插入到的样品,以确保均匀分布的孔隙压力的样本。考虑温度对变形和渗流的影响反应,所有的测试都是在室温下进行( )。不同荷载组合下的渗透测试可以执行如下。样品首先应用所需的围压值,在这个阶段,轴向应力成比例地增加围压的值,使样品初始各向同性压力或零偏应力,确保没有差距标本和橡胶外套防止流体泄漏。此外,饱和标本进行以恒定的孔隙压力指示上游压力的平衡(P3)和下游压力(P4)确保流体在一个阶段的过程中渗透测试。后来,水引入骨折通过进口和出口收集。在进口测试一系列的流动压力和相应的流率记录。因此,流量和压力梯度之间的关系或水力梯度的骨折可以获得。

3所示。分析渗流特征的三维粗糙的骨折

3.1。压力梯度的变化和流量的骨折

对压力梯度测试数据和流量出口的标本S1-S4已经获得并安装~曲线绘制在图4。

它可以观察到比较绘制的人物4(一)- - - - - -4 (d)的~对标本S1-S4(黑色曲线)和~平行板模型(蓝色曲线)的流动行为明显的骨折已经改变了。这些结果表明,压力梯度增加线性一开始然后非线性倾向于流量轴流率增加。可以得出结论,粗糙的骨折与压力梯度小,流体主要显示粘性力,惯性力当压力梯度增加,尤其是骨折造成明显的摩擦表面的粗糙度效应增加了压力损失对非线性变换的线性流流。此外,它可以看到变异提到的观点不同的平均孔径和绝对粗糙度,相对应的压力梯度~偏离线性曲线也是不同的,这意味着临界压力梯度是不同的不同的粗糙的骨折,表明表面形貌的关键因素是影响渗流特征。

3.2。流的非线性特征在粗糙的骨折

从曲线中可以看到~绘制在图4(一)- - - - - -4 (d),增加惯性力控制渗流行为而增加压力梯度,所以的关系曲线~是非线性立方定律只考虑粘性力不能适合描述非线性流动通过粗略的骨折。因此,命名为n - s方程(n)描述复杂的流介绍分析裂缝流。然而,关于完整的计算方程的解决方案是非常困难的;一些研究人员提出了一些合理的模型来定量的流非线性流引起的惯性力,和非常常见的模型叫Forchheimer模型(10,11)如下: 在哪里由粘性力的线性项,由惯性力的非线性项, 是压力梯度(Pa / m),流量通过骨折, 代表线性系数(公斤/ (m⁵·s))和非线性系数(公斤/米⁸), , , 是流体密度(公斤/米³),裂缝宽度(米),动态粘滞度,相当于液压孔径(m)。

此外,Forchheimer模型提出了适合相应的数据和基于流的标本S1-S4测试;相关系数的拟合表达式0.99显示良好的协议与实验结果部分3所示。1,表明Forchheimer模型用于表示线性流考虑粘性与较小的压力梯度和流非线性考虑惯性力和更大的压力梯度,揭示完整的转换的线性流非线性流的骨折。

3.3。流的转换行为的骨折

可以看出,该曲线~渗流行为可以被转换从线性到非线性,所以渗流行为的转变应该深入研究适用于相关的岩土工程。雷诺数由方程(11)是一个重要的参数来描述惯性力与粘性力之比,和参数显示将与更大的流速增加导致更大的惯性力反映流体密度的变化,粘性参数,流速,和流动路径,代表的变换点渗流行为而流入的骨折。 在哪里水力直径(米), 。

确定基于Forchheimer非线性项的影响公式,非达西系数由方程(12)提出的曾庆红和感谢26]介绍解释非线性流动机制的骨折。 在哪里代表了强度受非线性流动的影响。在岩土工程领域,惯性力不容忽视的参数达到10% (5),表示非线性流动行为已经引发了。因此,临界雷诺数基于方程(11)和(12)可以推导出如下31日]:

因此,考虑非达西系数可以计算不同测试条件下基于拟合系数 ,和曲线 和 绘制在图5。从图可以看出这一点雷诺数或流量增加而增加,和更大的惯性力非线性压力梯度造成更大的损失,表明非线性流与平滑放大粗糙骨折更强烈,这显示了一个好的协议与周的结论et al . .(21]。此外,关键的标本S1-S4也计算为48.8,25.5,37.9,和20.3;可以看出增加骨折与粗糙表面考虑雷诺数,表明更大损失的压力梯度会导致较小的临界雷诺数 ;原因主要是粗糙骨折造成更大的渗流路径曲折和更强的惯性力引起的非线性流更容易。因此,不同的粗糙度和孔径将产生不同的渗流路径,导致不同的变换点的线性流非线性流的骨折。

它也可以得出结论,非线性流过的骨折在墙上形态密切相关,和持续增加的压力梯度会导致更大的惯性力加强摩擦效应由于液体的接触和粗糙的墙壁。然后,墙上的摩擦系数可以写的方程(15)和(16)基于达西-韦史巴赫方程,方程(14),提到了Forchheimer公式,公式可以应用于代表断口粗糙度对流动行为的影响,揭示了非线性流动机制通过粗略的骨折。

然后,实验的数据~用于计算壁摩擦系数基于方程(15)和(16)建立曲线~绘制在图6。从图可以看出,小流速会导致消极的壁摩擦系数的关系和雷诺数在最初的阶段。然而,之间的非线性关系和当流量增加是显而易见的。和临界壁摩擦系数可以获得1.44,1.65,1.78,和1.96,表明从线性到非线性渗流状态;超过上述值和变化渗流状态的变化引起的;然而,速度变化引起的渗流状态产生的压力梯度,所以只是一个评价指标。结果还表明,粗糙断裂面将导致更大的摩擦系数。同时,它可以观察到从本地图绘制在图放大6不同骨折粗糙度引起明显变化的曲线~深深照亮,不同表面形态引起的渗流路径(23)导致更强的壁摩擦效应改变渗流行为。

4所示。通过三维数值模拟的流动行为的骨折

更好地描述流粗糙裂隙的变化,提出了三维数值模型模拟渗流行为,揭示一些渗流参数的变化,如压力、流速和流量。根据实验和理论数据的粗糙骨折上面所提到的,名叫COMSOL软件提出了多重物理量重建的三维断裂表面标本S1, S2、S3和S4形成数值模型考虑不同粗糙的骨折。然后,比较进行了证明的可行性提出了数值模型,然后详细分析了渗流特征考虑不同的条件。

4.1。设置和相应的校准模型通过三维渗流模型的粗糙的骨折

以下4.4.1。裂缝渗流模型的设置

命名软件COMSOL多重物理量是一个受欢迎的数值软件解决多重物理量耦合问题在许多领域的固体力学,流体力学,和热力学。流的模型设置的粗糙的骨折,3 d断裂面的扫描数据引入软件形成了三维粗糙模型如图7(一)完整的标本,相应的上表面和下表面,在数据绘制7 (b)和7 (c)。而且,骨折模型的网格数据所示8(一个)和8 (b)。

至于三维渗流计算,假设不可压缩流体,恒定的粘度和流体密度,层流,连续性方程和n - s方程方程中包括(17)和(18)。然后,初始边界集流体和无衬上,低,左、右边界,压力加载在进口和出口处标完成渗流数值模型。

连续性方程写如下:

navier - stokes方程如下所示: 在哪里是流体密度,价值998.2公斤/米³,是动态粘度系数,价值0.001 ,P是流体压力(Pa),流速度(米/秒),代表项目描述流体惯性力,代表了描述流体粘性力项。

4.1.2。校准的渗流数值模型的粗糙的骨折

为了校准提出的渗流模型,标本S1作为一个案例研究中,流量由公式计算 在相同条件下实验获得的表2。从对比可以看出,模拟流量接近测试值差异(少于5%)。然后,红色的模拟曲线和绘制在图4展示一个好的协议Forchheimer公式的拟合曲线与压力梯度增加和较小的差异。因此,拟议中的渗流模型可以适用于分析非线性流过的骨折。

4.2。通过三维渗流行为的分析粗糙的骨折

4.2.1。准备流动行为的描述

的流动行为标本S1-S4深入调查基于校准渗流模型。和压力分布在不同压力梯度是绘制在图9,减少从入口到出口的压力和压力线沿着流动方向不均匀,表明粗糙的断裂墙块流体向前和曲线弯曲显然蔓延到左和右,同时增加了压力梯度。与此同时,压力 应该得到断裂表面上的压力分布绘制在图吗10 ()- - - - - -10 (d)相同,不同的压力是显而易见的点在相同条件下,照亮了断口粗糙度扮演着一个重要的角色在渗流特征。

深入调查的流动特性,云数据绘制在图(11日)- - - - - -11 (d)和截面上的速度分布 标本S1-S4绘制的人物12(一个)- - - - - -12 (e)对待来描述不同部分的流速。可以从上述数据观察,最小流速接近于零附近的顶壁和底壁,否则最中间的裂缝,在词法与达西-韦史巴赫所描述的速度变化方程。为了显示流沿着裂缝高度变化,交叉线的部分 和 选择四个标本显示曲线绘制在图变化13基于Tecplot软件,它照亮遵循抛物线形状的曲线形状。此外,流速曲线的中间四标本骨折的最大值(21]显示不平滑的特点,即使在同一个交叉线,主要原因是不同的粗糙度引起不同壁摩擦效应导致不同的速度分布,这强调了无知的断口粗糙度和相应的空间分布影响流经的骨折。

4.2.2。分析渗流行为考虑孔径变化

渗流行为考虑孔径变化深入研究在这一节中。考虑的孔径0.50毫米、0.75毫米、1.00毫米、1.25毫米和相同的交叉线部分 和 ,流速沿裂缝高度的曲线代表孔径方向(所示方向)比较数据(14日)- - - - - -14 (d)。观察到的速度分布,可以得出结论,同样的粗糙的断裂,增加骨折孔径将扩大渗流通道,降低相对粗糙度,以摩擦系数降低导致更大的流速。而且,流速显示不对称,因为骨折粗糙度改变渗流路径,即按照渗流特征通过粗略的骨折,深深地表示断口粗糙度的重要性的正确描述渗流特征。

5。渗流机理的骨折考虑多因素组合

为了通过粗糙骨折通常描述流动行为,渗流机制的基础上,提出了数值模型将深入调查考虑断口粗糙度和光圈的组合变化,揭示了粗糙裂隙的渗流机制下多因素的结合。

5.1。通过三维粗糙骨折流的非线性行为

根据上述分析,一旦断裂孔径相同的断裂变化引起的相对粗糙度的变化,曲线~将大大改变。考虑不同的粗糙度和孔径,组合曲线~四个标本S1-S4绘制的人物(15日)- - - - - -15 (d)。它可以观察到从曲线变化曲线显示线性在最初的阶段,但非线性而增加压力梯度,这是按照实验曲线。然而,一旦破裂孔导致较小的相对粗糙度增加,相应的流量和速度将会增加。

因此,基于渗流行为的组合所描述的粗糙度和孔径可以Forchheimer模型,和拟合曲线与模拟值显示良好的协议。计算系数 表中列出3。结果表明,考虑到四个标本相同的孔径,增加粗糙度将缩小削弱流量的渗流通道;拟合系数更大;否则,增加孔径相同标本造成较小的相对粗糙度导致较小的拟合系数和更大的流量和速度。此外,拟合系数之间的关系 幂函数模型的绘制在图吗(16日)- - - - - -16 (d)与变化,这显示了一个好的协议参考Chen等人写的。10]。它可以得出结论,基于Forchheimer模型拟合系数考虑粗糙裂隙的几何参数可以通过粗略描述非线性流动行为骨折。

5.2。触发机制的非线性流动行为通过三维粗糙的骨折

它可以从渗流分析中提到的部分结论3那将减少相同粗糙度增加考虑压力和孔径,表明非线性流雷诺数较小的发生;否则,将更大的孔径增加考虑同样的压力和粗糙度,表明非线性流很难发生,因为较小的相对粗糙度。因此,孔径变化引起的相对粗糙度( )代表断口粗糙度变化极大地导致曲折的渗流路径和不同裂缝的墙和流体的相互作用。

此外,根据分析壁摩擦系数 ,另一个公式描述壁摩擦系数可以得到方程(19)和(20.)基于达西-韦史巴赫方程和Forchheimer公式,可以看到,墙上的摩擦系数雷诺数密切相关,断裂孔径和粗糙度。 在哪里和的拟合系数计算壁摩擦系数。的最佳拟合曲线和变量和 绘制在图17,这表明一个强有力的关系。最好的回归方程系数的值(20.) 和 系数的测定 。

此外,考虑孔径壁摩擦系数变化的标本S1-S4计算建立的曲线和绘制在图(18日)- - - - - -18(d)。可以看出,对于一些标本,曲线和是线性小雷诺数,然后显示非线性特征和偏离曲线考虑平行板模型。和结论可以做更大的相对粗糙度引起明显的非线性流动,和由雷诺数较小的流速控制;否则,由多因素控制与更大的流速。

另外,比较重要的壁摩擦系数表中列出3。可以看出= 5.06,5.57,5.98,和6.56孔径0.50毫米,= 1.95,2.06,2.18,和2.41孔径0.75毫米,= 0.99,1.03,1.12,和1.19孔径1.0毫米,和= 0.63,0.67,0.74,和0.79孔径1.25毫米。和图 , _,和相对粗糙度绘制在图17设置显示更大的粗糙度导致摩擦阻力和压力损失增加工作得到更大的壁摩擦系数和雷诺数较小,和更大的孔径较小的摩擦系数和雷诺数。至于前条件,非线性流更容易发生;否则,后者的非线性流条件可能不可能发生。因此,壁摩擦系数与裂缝形态、雷诺数等也可以解释粗糙裂隙的渗流特性和描述转换的点代表非线性流的发生。

5.3。非线性流动行为的三维分割的骨折

为深入调查通过粗糙裂隙渗流行为,中央标本S1和S4的一部分( )揭示渗流行为选择考虑骨折的十字路口。这种合作不仅可以节省计算成本,而且S1的粗糙度和S4几乎与原来的好标本。因此,数据基于扫描系统介绍软件COMSOL和形式交叉骨折绘制在图19;然后,相应的流动行为是在以下部分中详细分析。

5.3.1。渗流的不同兴趣的角度考虑粗糙的骨折

实验结果的曲线标本的S1和S4数据所示20(一个)- - - - - -20 (b)。这些结果表明,压力梯度的增加线性最初然后非线性随着流量增加。在线性阶段的数据是用来计算液压光阑。相应的光圈数值模型使用相同的液压孔获得的实验数据的价值。模拟也绘制在图21和22。

二次多项式回归方程的形式(10)是用来配合曲线断裂的交叉路口的情况下(CFI)。高系数的测定(> 0.99)表明,Forchheimer法律充分描述了非线性流动行为在骨折路口。当流量很小(数字20(一个)- - - - - -20 (b)),惯性力远小于粘性力和压力梯度的增加线性增加 。在这种情况下,非线性项²可以被忽略,介绍了立方定律来描述流量和压力梯度之间的关系。非线性和偏离立方定律是增强随着流量增加。根据临界雷诺数的定义在方程(13),从85.94到133.42中列出的表吗4。

数据21和22深入研究了断裂路口的流动特性及其影响的非线性流动行为两种类型的粗分割的骨折。对于交叉角30°,流线紧跟曲率骨折墙壁。对交叉角60°改变到150°,两个漩涡出现在较低的部分断裂导致减少的有效面积可用于流雷诺数是100。这个结果是一致的与刘et al。30.]。

系统地研究了非线性流动行为单一骨折十字路口,许多扩展流实验以外的情况下建立了数值模型。模型建立与交叉角30°、60°、90°、120°、150°。数值模拟通过求解navier - stokes方程也由COMSOL多重物理量。为了更好地理解骨折路口对非线性流动行为的影响,Forchheimer系数表中列出4(中提到的部分3所示。2: )计算和的值不同的情况下。之间的关系和交叉角也列在表中4。因此,这也证明了交叉角具有显著影响非线性断裂路口的流动行为。

因此,涡流的形成与断裂分割的角,这表明交叉角发挥了重要作用,通过交叉流的非线性行为骨折。

5.3.2。断口粗糙度影响的渗流特征

此外,为了描述流动特性通过与不同的粗糙度考虑一些骨折分割的角度,模拟绘制在图23。结果表明,曲线最初增加线性非线性随着流量的增加,这与变异图显示一个好的协议20.。观察到的曲线考虑相同的转角绘制在图24用直方图描述非线性流体的变异系数增加粗糙度越大。因此,断裂表面粗糙度和转角都是重要影响因素的流动行为的骨折。

6。结论

在这工作,流测试一直在进行单一粗糙骨折研究流体流动的非线性行为通过粗略的骨折。相应扩展数值模拟进行补充的分析以及分析影响骨折十字路口在流体的渗流行为转换。是得出的主要结论如下:(1)流测试通过粗糙骨折标本S1-S4表明增加压力梯度可以扩大流速和削弱粘性力,然后增加惯性力引起的转换从线性到非线性渗流行为。同时,介绍了非达西系数解释流动行为的转变点,和墙壁摩擦系数推导出基于方程达西-韦史巴赫和Forchheimer公式揭示了流体流过的转换机制的骨折(2)骨折三维重建是基于扫描点云数据,使用n - s方程和渗流数值模型基于软件COMSOL多重物理量提出考虑不同粗糙度大约四S1-S4标本。的比较~调整上述模型的可行性(3)它可以从压力梯度的分布和速度提到了基于该模型的骨折,压力下降沿流动方向;然而,更大的压力导致不均匀的压力分布和明显的非线性流的行为。而且,速度形状接近抛物线形状沿裂缝高度方向(孔径方向);然而,非线性流的速度显示形状不对称,因为行为通过粗略的骨折(4)的曲线~考虑组合孔径的变化表明,更大的绝对粗糙度削弱了流量放大Forchheimer系数;然而,更大的孔径会导致更大的速度和流量变小Forchheimer系数,揭示了系数之间的关系 ,孔径和非线性流(5)流的转换行为的触发机制从线性到非线性深入研究,和另一个表达式的壁摩擦系数推导计算 。它可以得出的结论是,更大的粗糙度引起更大和小考虑相同孔径导致非线性流;否则,增加代表小孔径相对较小的原因和更大的考虑同一粗糙度导致非线性流更多的困难。结果表明,壁摩擦系数与裂缝形态、雷诺数等也可以解释粗糙裂隙的渗流特性和描述转换的点代表的非线性流的发生(6)非线性流强烈断裂交叉角的影响。流体的非线性主要是由涡流的形成在骨折路口,清晰可见的数值模型。和可以观察到的临界雷诺数的计算结果随角增大而减小。此外,基于模拟非线性相关系数的关系Forchheimer法律提出了交叉角和表面粗糙度来揭示非线性流动的骨折

数据可用性

由实验获得的数据在这个手稿在重庆大学,基于软件和数据扩展的实验数据。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(51779021号)和中央大学的基础研究基金(2020号cdcgj021)。

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