【摘 要】
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天然气、石油等都属于重要的战略资源,因此对其进行开发和提取极其重要,而这些资源所处的环境一般为双重多孔介质。双重多孔介质是多孔介质和树状分叉网络嵌套组成的物质,在自然界中广泛存在,如油气藏、人体器官等,双重多孔介质的渗流特性一直是重要的研究方向,但存在着结构复杂难以完全模拟的问题。Herschel-Bulkley流体和工业生产生活中所用流体如石油、血液等有相似性,且分数阶在描述非牛顿流体时有其独特
【基金项目】
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国家自然科学基金“恒压网络多尺度分形解耦仿生设计相似机理及优化方法（51505174）”项目；
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天然气、石油等都属于重要的战略资源,因此对其进行开发和提取极其重要,而这些资源所处的环境一般为双重多孔介质。双重多孔介质是多孔介质和树状分叉网络嵌套组成的物质,在自然界中广泛存在,如油气藏、人体器官等,双重多孔介质的渗流特性一直是重要的研究方向,但存在着结构复杂难以完全模拟的问题。Herschel-Bulkley流体和工业生产生活中所用流体如石油、血液等有相似性,且分数阶在描述非牛顿流体时有其独特优越性,所以本文旨在研究分数阶理论作用下的Herschel-Bulkley流体在均匀管及双重多孔介质中的流动机理,分析了均匀管及双重多孔介质参数对流体流动特性的影响,所得结果可为资源开采、疾病治疗及工程液压管路中的流体运输等提供参考。全文的主要研究内容为:首先根据时间分数阶微分理论和Herschel-Bulkley流体的本构方程,建立均匀及分叉管路中Herschel-Bulkley流体的蠕流模型,随后将多孔介质看作弯曲毛细管集合以及采用树状分叉网络理论,分别建立包含单个和随机分叉网络的双重多孔介质中Herschel-Bulkley流体的渗流模型;对于Herschel-Bulkley流体的蠕流模型,在长波长和低雷诺数的假设下,采用同伦摄动法进行求解,得出流量、流函数和压力梯度等流动特性并分析其影响因素,对于渗流模型,在多孔介质与分叉网络中流体互不干涉的假设下,分别获得Herschel-Bulkley流体的流量,并将二者结合,得到启动压力梯度、渗透率等渗流特性,并对渗流特性进行仿真分析,仿真结果与前人对比验证模型的合理性;搭建实验台,选取石蜡油模拟Herschel-Bulkley流体,配置四种不同浓度的石蜡油溶液,在所搭建的六级分叉管路中进行流动实验,获得流量及压力数据,进行仿真分析并与理论计算作对比,结果显示二者吻合较好,对前文求解进行验证。
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