多孔介质中屈服应力流体的广义达西方程研究

科学讲座3（2022）100042多孔介质中屈服应力流体广义达西方程的确定洛朗·塔隆Université Paris-Saclay，CNRS，FAST，91405 Orsay，FranceA R T I C L E I N F O A B S T R A C T关键词：多孔介质屈服应力流体临界现象分形非牛顿流体在多孔介质中的流动有着不同的应用实际上，呈现复杂流变性的浆料、胶体悬浮液、乳液、泡沫或重油通常被注入多孔介质中用于各种应用（油回收、水力压裂、土壤固结等）。 在大量不同的非牛顿流体中，一类重要的行为是屈服应力流体，即。 需要最小压力才能流动的流体。屈服应力椭球体通常被建模为宾汉椭球体或赫歇尔-Bulkley方程。在目前的工作中，我们首先使用格子玻尔兹曼TRT计划，以确定在一个合成的多孔介质中的湍流结构然后，我们确定了一个广义达西方程，通过评估不同的应用压力降dP的流量 如所预期的，可以确定临界压降dPc，低于该临界压降dPc则没有压降。在此阈值以上，我们观察到三种不同的湍流机制作为到临界压力dP-dPc的距离的函数规则I对应于其中所述微流控仅在一个信道中传播的情况在这里，流速和压降之间的关系由非牛顿Poiffille定律给出。 在第二阶段，压力的增加触发了新路径的打开。压差与临界屈服压力之间的关系为二次关系。最后，第三种情况对应于所有的剪切流体都被剪切的情况在这种情况下，在流动速率和所施加的压力之间具有线性关系在本报告中，我们将研究异质性的至关重要性，在这些非对称性制度。特别是，我们将表明，即使这些制度是无序的后果，一些统计规律的指数是独立的无序。最后，我们将提出不同的模型，基于孔隙网络，以便更好地理解这些指数的起源和无序的影响。本文的视频可以在https://doi.org/10.1016/j.sctalk.2022.100042。通讯作者。电子邮件地址：laurent. universite-paris-saclay.fr。h tt p：//dx. 多岛或g/10。1016/j。我的天啊。20 22. 1 0 0 04 2接收日期：2022年5月10日;接收日期：2022年5月20日;接受日期：2022年6月5日27 7 2 - 56 93/©2022TheA ut h or r. 由E lsevier L td提供。 这是一个操作过程，需要遵循C CBY指令（http：//c re ati ve c mmo ns. 或g/li ce nss/by/4. 0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表科学讲座杂志首页：www.elsevier.es/sctalkL. Talon科学讲座3（2022）1000422图和表图1.一、具有高斯相关函数的对数正态场的示例。图二、随机非均质多孔介质中宾汉流体的总流速与压降和临界压降之差的函数关系。L. Talon科学讲座3（2022）1000423图3.第三章。不同压降下团簇尺寸S的概率分布函数。不同的颜色代表不同的压降。 该分布遵循幂律，其截止值S 0取决于所施加的压降（插入）。（原文来自[1]）。图四、在非均匀排列的单分散圆盘中，流速作为所施加的压降与临界值之差的函数。（原文来自[1]）。图五、随机多孔介质（蓝色）和单分散盘（红色）的非均匀排列的团簇大小的归一化概率分布函数。（原文来自[1]）。L. Talon科学讲座3（2022）1000424图六、对于不同的施加压降，团簇的平均宽度作为其长度的函数。（原文来自[1]）。图7.第一次会议。孔隙网络模型中宾汉流体的流速与压降的演变示意图。（原文来自[2]）。图8.第八条。在孔隙网络模型中，流量是压降与临界值之差的函数。不同的颜色表示不同的半径分布。（原文来自[2]）。L. Talon科学讲座3（2022）1000425图9.第九条。渗透率随孔隙网络模型中渗流通道数量的变化。（原文来自[2]）。图10个。 不同非均质幅度（σ）的对数正态渗透率场中的流动通道。（原文来自[3]）。图十一岁 不同异质性幅度（从左到右σ=0.1，1和3）的聚类归一化概率分布函数（原始图来自[3]）。图12个。不同非均质幅度下，总流速与压降差及临界值的关系。（原文来自[3]）。L. Talon科学讲座3（2022）10004260.0000020000.0000200000.0008000.001000.00100.000720.00090.00090.000640.00080.00085005005000.000560.00070.00070.000480.00060.000610000.0004010000.000510000.00050.000320.00040.000415000.0002415000.000315000.00030.000160.00020.00020.000080.00010.000120000.00000 5001000 1500200005001000150020000500100015002000图13岁使用格子玻尔兹曼模拟获得的不同压降的非润湿相的平均速度。（原文来自[4]）。致谢• 阿尔贝托·罗索（LPTMS，奥赛）• Alex Hansen（NTNU，PoreLab，挪威）• 刘晨（FAST，LPTMS，Orsay）• Thibaud Chevalier（FAST，LPTMS，Orsay）• Romaric Kostenko（FAST，LPTMS，Orsay）资金这项工作得到了国家研究机构LaboCothep项目（ANR-12-MONU-0011 ） 和 LabE x PALM“ 未 来 投 资 ” 项 目 （ ANR- 10-LABX-0039-PALM）的支持申报利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作引用[1] T. 谢 瓦 利 埃 湖 Talon， Generalization of Darcy's law for Bingham quiids in porousmedia ： from the dow-field statistics to the dow-rate regimes ， Phys. Rev. E 91（2015），023011.[2]刘晨，Andrea De Luca，Alberto Rosso，Laurent Talon，屈服应力的达西《物理学评论快报》122（2019），245502.[3] R. 科斯坚科湖张文龙，二维非均质多孔介质中Bingham波的数值模拟，物理学报，2001，第1卷。机械应用528（2019），121501。[4]A.G. Yiotis，A. Dollari，M.E. Kainourgiakis，D.萨林湖Talon，在异质多孔域中神经节绞合和动员期间的非线性Darcy Darcow动力学，Phys. Rev. Fluids 4（2019），114302。进一步阅读[1] L. Talon，D.Bauer，关于使用格子Boltzmann TRT格式确定多孔介质中屈服应力流体的广义Darcy方程，Eur。139.第139章：一个人的世界[2] T. 谢瓦利埃湖Talon，Generalization of Darcy's law for Bingham quiids in porousmedia：from the dow-field statistics to the dow-rate regimes，Phys. Rev. E 91（2015），023011.[3] T. 谢瓦利埃湖Talon，移动线模型和多孔介质中宾汉流体流动的雪崩统计，Eur。物理学家J.E. 38（2015）7 6。[4] 刘晨，Andrea De Luca，Alberto Rosso，Laurent Talon，屈服应力的达西《物理学评论快报》122（2019），245502.[5]L.塔隆，H. Auradou，A.刘文，粗糙河道中宾汉流体的有效流变学，《前沿》。24.第二卷，第24期，2014年。[6] A. Roustaei，T.谢瓦利埃湖塔珑洛杉矶Frigaard，Non-Darcy effects in fracture effectsofayield stress curved fluid，J. Fluid Mech.805（2016）222-26 1.[7]R.科斯坚科湖张文，张文，等.二维非均匀介质中Bingham波的数值模拟.物理学报，2000，24（1）：100 - 101.机械应用528（2019），121501。[8]T. 谢瓦利埃，D。萨林湖Talon，A.G. Yiotis，在通过无序多孔介质的去饱和水流过程中对非润湿性液体残留物的历史影响，Phys. Rev. E 91（2015），043015。[9] A.G. Yiotis，A.Dollari，M.E.Kainourgiakis，D.萨林湖Talon，非均质多孔域中神经节绞合和移动过程中的非线性Darcy Darcow动力学，物理学评论流体4（2019），11430 2。[10]L. Talon，A.张文，非牛顿流体在多孔介质中的有效流变性，前沿。7（2020）22 5.[11] L.，Talon Minimum principle for the crowd of inelastic non-Newtonian pneumoidsin macroscopicheterogeneous porous media Phys，Rev. Fluids 7（2022）L04210 1.[12] L. 张文，张文，等.非均质多孔介质中过渡幂律流变的流变特性研究.北京：机械工业出版社，2001，10478 9.[13] S. RouX，H.J.Herrmann，无序诱导非线性电导率，Europhys。Lett. 11（1987）。[14] M. 陈威Rossen，Y.C.杨文，多孔介质中流体的渗流与驱替，中国石油化工出版社，2001。60（2005）。[15] M. Balhoff，D.Sanchez-Rivera，A.Kwok，Y.Mehmani，M.9. Anjanovic，用于多孔介质中屈服应力和其他非牛顿流体的网络建模的数值算法，Trans. Porous，Media 93（2012）363-37。[16] T. M.J.索契Blunt，Ellis和Herschel-Bulkley流体的孔隙级网络建模，J. Pet. Sci. Eng.2（2008）105-12 4.Laurent Talon自2005年以来一直是巴黎萨克雷大学FAST实验室的CNRS研究员。他于2004年获得皮埃尔和玛丽-居里大学博士学位，之后在加州大学圣巴巴拉分校获得博士后研究金。他对非均质多孔介质中的输运和复杂渗流很感兴趣