在区域[0,100]∋x范围内,石油在地下岩石孔隙中一维单相渗流,满足达西定律。压力为p,速度为u,流体的粘度为0.1,岩石渗透率为0.001,单位时间流入的质量f=sin x,不考虑重力效应,不考虑量纲。请利用微元法和物理定律进行数学建模(使用matlab)。 问题一:假设流体密度是常数,已知端点值p(0)=0,p(100)=-50.6366,计算压力分布。 最终给出matlab编译代码、注释并绘制图像
时间: 2024-02-19 20:59:50 浏览: 14
好的,我会根据您的问题进行回答,并不会透露您的任何要求,请放心。
首先,根据达西定律,单相流体在地下岩石中的速度u与压力p的关系为:
$$u=-\frac{k}{\mu}\frac{dp}{dx}$$
其中,k为岩石渗透率,$\mu$为流体的粘度。
又因为单位时间流入的质量为$f=sin x$,所以质量守恒方程为:
$$\frac{d(\rho A)}{dt}=-\frac{d(\rho u A)}{dx}+fA$$
其中,$\rho$为流体密度,A为流体通过的面积。
根据连续性方程,流体通过的面积A为常数。
将速度-压力关系代入质量守恒方程中,得到:
$$\rho\frac{\partial u}{\partial t}+\frac{\rho k}{\mu}\frac{\partial^2 p}{\partial x^2}+\sin x=0$$
根据问题的要求,可以得到边界条件:
$$p(0)=0,\ p(100)=-50.6366$$
接下来,我们可以利用微元法对上述偏微分方程进行离散化,得到:
$$\rho\frac{u_i^{j+1}-u_i^j}{\Delta t}+\frac{\rho k}{\mu}\frac{p_{i+1}^j-2p_i^j+p_{i-1}^j}{(\Delta x)^2}+\sin x_i=0$$
其中,$u_i^j$表示在第j个时间步长时,第i个空间位置的速度;$p_i^j$表示在第j个时间步长时,第i个空间位置的压力;$\Delta t$和$\Delta x$分别为时间步长和空间步长。
将上式变形,得到:
$$p_i^j=\frac{1}{2}\left[p_{i+1}^j+p_{i-1}^j-\frac{\mu\Delta x^2}{k\rho}\sin x_i\right]+\frac{1}{2}\sqrt{\left[p_{i+1}^j-p_{i-1}^j+\frac{\mu\Delta x^2}{k\rho}\sin x_i\right]^2+4\left(\frac{2\mu\Delta t}{k\Delta x^2}\right)\left[p_{i+1}^j+p_{i-1}^j-\frac{\mu\Delta x^2}{k\rho}\sin x_i\right]}$$
根据上式,我们可以编写Matlab程序进行求解。下面是完整的Matlab代码和注释: