体力学新课件第八章非牛顿流体和物理化学渗流
35页1、非牛顿流体和物理化学渗流,中国石油大学(北京),中国石油大学(北京)油藏数值模拟组,为什么研究流变性?,流变性实验 粘弹性本构模型,驱替实验 边界层理论、吸附表征等,阻力系数 RF,残余阻力系数 RRF,驱替实验数据回归,渗流特征如何下手?,中国石油大学(北京)油藏数值模拟组,1.流变性 2.渗透率下降系数 3.吸附现象的数学描述 4.化学剂对流、扩散 5.相渗曲线 6.乳化现象的数学描述,化学驱渗流需解决的问题,目录,第一节 流变学基本概念,第二节 纯黏性液体的渗流,第三节 一维理想扩散渗流方程及解,第一节 流变学基本概念,描述流体运动规律包括两个方面: 连续的运动方程; 物体的流变性方程(本构方程)。,流变性:物体受到外力作用发生流动和变形的性质。 本构方程:表示剪切力和剪切速度关系的方程。,流体有两种类型的流变状态方程:,速率型 积分型,一、基本概念,第一节 流变学基本概念,流体,非牛顿流体,牛顿流体,纯黏性的非牛顿流体(黄原胶),黏弹性的非牛顿流体(聚丙烯酰胺),流体的简单剪切流中,应力张量可以用3个独立函数表示 切应力 第一法向应力差 第二法向应力差 其中法向应力函数描述了流
2、体的弹性。,第一节 流变学基本概念,流变曲线,牛顿流体,二、纯粘性流体流变特性,塑性流体,拟塑性流体,膨胀性流体,与剪切速率有关:,与时间有关:,触变性流体,震凝性流体,0,震凝性流体,牛顿流体,触变性流体,第一节 流变学基本概念,三、粘弹性流体流变特性,粘弹性流体:既具有流体的粘性特征,又具有固体的弹性特征。,0,x,y,0,x,y,特征存在第一方向应力差:,粘弹性流体非牛顿流体所具有的弹性和纯固性的弹性有所不同,表现为缓慢且微弱的蠕变,测量具有较大困难。,聚合物溶液为高分子溶液,具有黏性和弹性双重特性,在剪切流动中,不仅其黏度函数与剪切持续时间有关,而且还存在法向应力差,由于法向应力差的存在产生许多特殊的流动现象。,威森伯格效应 射流胀大和弹性回复 无管虹吸 连滴效应 同心环空轴向流,弹性不稳定流动 减阻、汤姆斯效应 收缩口流动和渗流 孔压力误差 液流反弹,第一节 流变学基本概念,威森伯格效应,a.牛顿流体 b.黏弹流体,低分子流体:轴棒附近的流体因受离心力将被向外推,杯中心临近的液面下降。 高分子流体:流体趋向中心,攀轴而上。 即使在很低的转速下,爬杆现象也十分显著。轴旋转越快,
3、流体上爬越高。,第一节 流变学基本概念,射流胀大和弹性回复,牛顿流体的射流直径De几乎相等圆管直径D; 黏弹流体的射流直径De却大于D,呈胀大形状。 胀大比:射流直径与圆管直径之比De/D,它是流速和管长的函数。某些高分子聚合物溶液的胀大比可达3-4。 弹性回复:当突然停止挤出,并剪断挤出物,挤出物发生回缩。这是未松弛的法向应力促使流线收缩的结果。,a.牛顿流体 b.黏弹流体,第一节 流变学基本概念,无管虹吸现象,a.牛顿流体 b.黏弹流体,牛顿流体:在虹吸实验中,当虹吸管提离液面,虹吸就停止了。 高分子液体:把虹吸管提起很高,液体还是源源不断地从杯上抽起(无管虹吸)。 更简单地,连虹吸管也不要,将装满该流体的烧杯微倾,使流体流下,这过程一旦开始,就不会中止,直至杯中流体都流光。,第一节 流变学基本概念,第二节 纯黏性液体的渗流,一、塑性流体径向稳定渗流,得,积分得,产量公式,第二节 纯黏性液体的渗流,二、塑性流体径向不稳定渗流,在流动区域rR(t)中,近似解为:,外边界条件,内边界条件,第二节 纯黏性液体的渗流,对于恒定产量Q,得到:,根据定义,代入,整理,第二节 纯黏性液体的渗流,
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