防灭火三相泡沫的流动特性研究与应用(防灭火教学课件).ppt
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时国庆时国庆时国庆时国庆防灭火三相泡沫防灭火三相泡沫的流动特性与应用的流动特性与应用矿井火灾学教学课件矿井火灾学教学课件一、问题的提出一、问题的提出矿井火灾防治教学课件矿井火灾防治教学课件国家制定坚持以煤炭为主体能源战略国家制定坚持以煤炭为主体能源战略煤炭占一次能源比重71%近几年煤炭产量与GDP增长的关系11、煤炭是我国的主体能源、煤炭是我国的主体能源2010年我国原煤产量32.4亿吨,同比增长8.9%,占世界产量的45%。
每增加每增加11美元美元GDP,GDP,中国所耗能源为世中国所耗能源为世界平均量的界平均量的33倍倍,美国的美国的4.74.7倍倍,德国的德国的7.77.7倍倍,日本的日本的11.511.5倍倍。
我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3%,欧盟的16.8%.序序号号国国家家煤煤炭炭石石油油天天然然气气储量储量(亿(亿tt)储采比储采比(年)(年)储量储量(亿(亿tt)储采比储采比(年)(年)储量储量(万亿(万亿mm33)储采比储采比(年)(年)世世界界总总计计984498442042041427142740.640.6155.8155.8616111美美国国24662466253253383810.410.44.74.78.78.722俄罗斯俄罗斯15701570500500828220.620.648.148.183.783.733中中国国11451145116116333320.220.21.371.3749.349.320022002年末世界化石能源剩余可采储量、储采比年末世界化石能源剩余可采储量、储采比资料来源:
资料来源:
BPAmocoStatisticalReviewofWorldEnergy.June2001BPAmocoStatisticalReviewofWorldEnergy.June200111、煤炭是我国的主体能源、煤炭是我国的主体能源22、煤炭资源分布状况、煤炭资源分布状况22、煤炭资源分布状况、煤炭资源分布状况中国煤炭资源丰富,中国煤炭资源丰富,29个省个省/市市/自治区均有煤炭资源自治区均有煤炭资源,2000多个县中有多个县中有851个县有煤炭探明储量个县有煤炭探明储量.煤炭储量分布煤炭储量分布面积达面积达55万万km2,预测深度,预测深度2000m以浅的煤炭储量约为以浅的煤炭储量约为5.57万亿万亿t,保有储量保有储量1万多亿吨万多亿吨,可采储量可采储量1145亿吨亿吨。
按保有储量大小:
山西省、鄂尔多斯北部、内蒙古按保有储量大小:
山西省、鄂尔多斯北部、内蒙古东部、东部、川滇黔边区川滇黔边区、苏鲁皖边区、鄂尔多斯南部、豫中苏鲁皖边区、鄂尔多斯南部、豫中豫西、河北平原、贺兰山、天山南北、黑龙江省东部和豫西、河北平原、贺兰山、天山南北、黑龙江省东部和沈阳市周围地区。
这沈阳市周围地区。
这12片煤炭基地的探明储量占全国总片煤炭基地的探明储量占全国总量的量的92。
(。
(未考虑新疆准东矿区未考虑新疆准东矿区2136亿吨储量亿吨储量)22、煤炭资源分布状况、煤炭资源分布状况“2007中国能源蓝皮书中国能源蓝皮书”中国煤矿平均资源回收率中国煤矿平均资源回收率:
30%:
30%占全国煤炭产量占全国煤炭产量30%30%的乡镇煤矿的乡镇煤矿回采率回采率:
1015%中国已利用煤炭中国已利用煤炭34693469亿吨亿吨,其中其中大中型矿利用大中型矿利用980980亿亿吨吨,小型矿井利用小型矿井利用:
22002200亿吨亿吨.根据国家安全生产监督管理局公布的数据显示我国根据国家安全生产监督管理局公布的数据显示我国近近7年年的矿难的矿难死亡人数死亡人数,如下图(,如下图(2008年和年和2009年分别年分别同比下降同比下降15%和和18%)。
)。
33、我国煤矿灾害情况、我国煤矿灾害情况美国已经连续美国已经连续3年煤矿死亡人数在年煤矿死亡人数在30人以内人以内中国煤矿事故死亡人数是世界上主要采煤国家死亡总人数的中国煤矿事故死亡人数是世界上主要采煤国家死亡总人数的4倍倍32152630200820092)安全生产水平较落后)安全生产水平较落后百万吨死亡率由百万吨死亡率由20022002年的年的4.944.94下降到下降到20072007年的年的1.4851.485。
但仍约为美国的但仍约为美国的7070倍倍、南非的、南非的1717倍倍、波兰的、波兰的1010倍倍、俄罗斯、俄罗斯和印度的和印度的77倍倍。
煤矿安全生产形势依然十分严峻。
煤矿安全生产形势依然十分严峻.我国煤矿灾害十分严重我国煤矿灾害十分严重我国煤矿灾害十分严重我国煤矿灾害十分严重。
33、我国煤矿灾害情况、我国煤矿灾害情况我国煤矿平均每人每我国煤矿平均每人每年产煤年产煤321321吨吨,全员效率全员效率仅为美国的仅为美国的2.2%,2.2%,南非南非的的8.1%8.1%。
产量占世界总产量的产量占世界总产量的35%35%,但死亡率却占全,但死亡率却占全球煤矿的球煤矿的80%80%。
矿山开采诱发多种灾害矿山开采诱发多种灾害,其中其中瓦斯瓦斯和和自燃自燃灾害尤为严重灾害尤为严重.露天矿煤矸石边坡沉陷区火灾瓦斯爆炸冲击地压矿震破裂离层带酸雨北方七省煤层露头自燃着火面积累计北方七省煤层露头自燃着火面积累计达达720km2,已烧毁煤炭已烧毁煤炭42亿吨亿吨瓦斯爆炸瓦斯突出透水44、煤层自燃火灾状况煤层自燃火灾状况烧毁煤炭,损失资源烧毁煤炭,损失资源威胁煤矿生产安全和矿工安全威胁煤矿生产安全和矿工安全污染大气环境,影响生态平衡污染大气环境,影响生态平衡煤层火灾是全球性的灾难(煤层火灾是全球性的灾难(GlennB.Stracher,2004GlennB.Stracher,2004)严重威胁着自然环境和人类健康,造成巨大的资源损失严重威胁着自然环境和人类健康,造成巨大的资源损失和环境污染。
煤层自燃引起的主要危害:
和环境污染。
煤层自燃引起的主要危害:
破坏形地貌、土壤植被和水资破坏形地貌、土壤植被和水资引起瓦斯爆炸等其它灾害引起瓦斯爆炸等其它灾害在美国、印度、俄罗斯、澳大利亚、印度尼西亚、中在美国、印度、俄罗斯、澳大利亚、印度尼西亚、中亚等主要产煤国家和地区,煤层火灾普遍存在。
亚等主要产煤国家和地区,煤层火灾普遍存在。
在美国的在美国的16个州中,有个州中,有260处地下煤田在燃烧,美国俄亥俄州霍金克魏处地下煤田在燃烧,美国俄亥俄州霍金克魏列伊煤田的大火灾,开始于列伊煤田的大火灾,开始于1884年,火区面积超过年,火区面积超过3000公倾,夜里公倾,夜里公里外可见火光。
公里外可见火光。
塔吉克共和国拉瓦山地下塔吉克共和国拉瓦山地下500m深的煤层已燃烧深的煤层已燃烧3000多年;多年;印度国营煤田贾里煤田地下印度国营煤田贾里煤田地下90m的焦煤烧的焦煤烧3700万吨以上;万吨以上;澳大利亚斯科涅城北的汉捷维利山煤层已燃烧澳大利亚斯科涅城北的汉捷维利山煤层已燃烧2000多年;多年;印度尼西亚煤田大火散发的有害气体已成了世界环境的主要污染源;印度尼西亚煤田大火散发的有害气体已成了世界环境的主要污染源;顿巴斯一煤矿内煤层自燃火灾死亡顿巴斯一煤矿内煤层自燃火灾死亡35人。
人。
1、国外煤层自燃火灾、国外煤层自燃火灾44、煤层自燃火灾状况、煤层自燃火灾状况严重程度:
着火面积严重程度:
着火面积720km2烧毁煤量:
烧毁煤量:
3000多万吨多万吨/年年破坏煤炭资源:
破坏煤炭资源:
2亿吨亿吨累计烧毁:
累计烧毁:
42亿吨亿吨排放有毒气体:
排放有毒气体:
100万吨万吨经济损失:
经济损失:
40多亿元多亿元/年年环境破坏:
严重环境破坏:
严重1)煤田自燃火灾煤田自燃火灾44、煤层自燃火灾状况、煤层自燃火灾状况我国一半以上的煤层属易我国一半以上的煤层属易自燃煤层,其中处于干旱半自燃煤层,其中处于干旱半干旱地区的侏罗纪煤层自燃干旱地区的侏罗纪煤层自燃现象尤为严重。
现象尤为严重。
仅仅新疆新疆目前就有大面积煤目前就有大面积煤层露头自燃火区层露头自燃火区14处处,着火,着火面积约面积约104km2,燃烧深度达,燃烧深度达地表以下地表以下100多米多米。
44、煤层自燃火灾状况、煤层自燃火灾状况44、煤层自燃火灾状况、煤层自燃火灾状况22)煤矿矸石山自燃火灾)煤矿矸石山自燃火灾矸石排放量:
开采原煤的矸石排放量:
开采原煤的1020%洗选煤加工的洗选煤加工的1520%年排放矸石:
年排放矸石:
3.8亿亿吨左右吨左右据据统统计计,我我国国规规模模较较大大煤煤矿矿矸矸石石山山有有16001600多多座座(占占地地约约1.51.5亿亿公公倾倾),其其中中长长期期自自燃燃矸矸石石山山有有389389座。
座。
44、煤层自燃火灾状况、煤层自燃火灾状况3)煤矿井下自燃火灾)煤矿井下自燃火灾我我国国国国有有重重点点煤煤矿矿56%的的矿矿井井存存在在煤煤层层自自然然发发火火危危险险,而而特特厚厚煤煤层层开开采采尤尤为为严严重重。
近近年年来来随随着着综综采采机机械械化化程程度度与与开开采采强强度度的的提提高高,这这一一比比例例还还在在逐逐渐渐上上升升,尤尤其其是是采采用用放放顶顶煤技术的矿井,自然发火比例已达煤技术的矿井,自然发火比例已达80%以上。
以上。
44、煤层自燃火灾状况煤层自燃火灾状况据统计:
据统计:
1953年年1990年间每年平均发火年间每年平均发火300余余次;次;96年年国国有有重重点点煤煤矿矿全全年年发发火火568次次,其其中中煤煤层层自自燃燃火火灾灾548次,占火灾总数的次,占火灾总数的96.5%。
到到96年年底底,国国有有重重点点煤煤矿矿残残存存火火区区255处处,冻冻结结煤煤量量4011万万吨吨,矿矿井井煤煤层层自自燃燃火火灾灾造造成成的的直直接接和和间间接接损损失失每年在每年在50亿亿元以上。
元以上。
98年因煤炭自燃火灾死亡年因煤炭自燃火灾死亡52人。
人。
44、煤层自燃火灾状况、煤层自燃火灾状况1996年年阳阳泉泉矿矿务务局局因因自自燃燃火火灾灾封封闭闭综综放放面面3个个,冻冻结结煤量近煤量近400万吨,造成的直接和间接损失万吨,造成的直接和间接损失4亿多元。
亿多元。
2002年年2月月28日日,阜阜新新市市三三道道壕壕煤煤矿矿发发生生火火灾灾事事故故,21人死亡;人死亡;2002年年5月月23日日,黑黑龙龙江江宝宝清清县县煤煤矿矿发发生生火火灾灾,17人人死亡;死亡;2002年年12月月6日日,吉吉林林省省万万宝宝煤煤矿矿火火灾灾事事故故,34人人死死亡。
亡。
2003年年10月月宁宁煤煤集集团团白白芨芨沟沟矿矿因因采采空空区区自自燃燃而而引引起起瓦瓦斯爆炸,直接和间接经济损失达斯爆炸,直接和间接经济损失达2亿多元。
亿多元。
典型矿井煤层自燃火灾:
典型矿井煤层自燃火灾:
44、煤层自燃火灾状况、煤层自燃火灾状况煤层自燃频发,损失惨重!
必须加强煤层自燃防治技术及其应用基础的研究!
煤层自燃频发,损失惨重!
必须加强煤层自燃防治技术及其应用基础的研究!
55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术煤层自燃特点及防灭火技术的要求煤层自燃特点及防灭火技术的要求煤层自燃主要特点煤层自燃主要特点储存大量热能储存大量热能高温点不易消失。
高温点不易消失。
温点通常位置较高温点通常位置较高煤层自燃火源较隐蔽煤层自燃火源较隐蔽防灭火技术的要求防灭火技术的要求灭火时无毒无害,对灭火时无毒无害,对井下设备无腐蚀。
井下设备无腐蚀。
渗透性好,能进入和渗透性好,能进入和保存在松散煤体内部,保存在松散煤体内部,尤其是顶部。
尤其是顶部。
热稳定性好热稳定性好煤煤层自燃主要防治技自燃主要防治技术与特点与特点55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术常用技术主要材料技术优点技术缺点预防性灌浆黄泥粉煤灰包裹煤体,隔绝煤与氧气的接触;吸热降温;工艺简单;成本较低。
只流向地势低的部位,不能向高处堆积,对中、高及顶板煤体起不到防治作用;浆体不能均匀覆盖浮煤;容易形成“拉沟”现象;覆盖面积小;易跑浆和溃浆,造成大量脱水,恶化井下工作环境,影响煤质。
阻化剂技术MgCl2、CaCl2、NaCl、Ca(OH)2水玻璃、离子型表面活性剂惰化煤体表面活性结构,阻止煤炭的氧化;吸热降温,并使煤体长期处于潮湿状态。
不容易均匀分散在煤体上,且喷洒工艺难实施;腐蚀井下设备,影响井下工人的身体健康;惰气技术氮气减少区域氧气浓度,抑制煤与氧结合;可使火区内瓦斯等可燃性气体失去爆炸性;对井下设备无腐蚀,不影响工人身体健康。
易随漏风扩散;不易滞留在注入的区域内;降温灭火效果差。
凝胶技术铵盐凝胶粉煤灰凝胶胶体泥浆复合胶体包裹煤体、封堵裂隙效果较好;耐高温;对局部火源效果明显。
流动性差,流量小,较难大面积使用;失水后胶体会龟裂;铵盐高温产生有毒气体;成本较高。
都或多或少有不足之处!
三相泡沫防三相泡沫防灭火技火技术与特点与特点55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术系统简单,制备方便!
系统简单,制备方便!
三相泡沫防三相泡沫防灭火技火技术与特点与特点55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术可向采空区高处堆积可向采空区高处堆积水浆成为泡沫,可避免浆体的流失水浆成为泡沫,可避免浆体的流失粉煤灰或黄泥固体颗粒的分布更为均匀,提高了粉煤灰或黄泥固体颗粒的分布更为均匀,提高了防灭火的有效性防灭火的有效性氮气被封装在泡沫之中,能较长时间滞留在采空氮气被封装在泡沫之中,能较长时间滞留在采空区中区中泡沫堆积没有安全隐患,即不会发生溃浆泡沫堆积没有安全隐患,即不会发生溃浆具有阻化作用具有阻化作用55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术广泛广泛应用用三相泡沫防三相泡沫防灭火技火技术与特点与特点55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术高位堆积p不足之处不足之处缺乏对三相泡沫在采空区流动特性的研究,无缺乏对三相泡沫在采空区流动特性的研究,无法将三相泡沫在采空区的堆积高度、扩散宽度等法将三相泡沫在采空区的堆积高度、扩散宽度等特征量化。
导致现场应用工艺设计缺乏理论支持,特征量化。
导致现场应用工艺设计缺乏理论支持,对其在采空区中防灭火作用也认识不足。
对其在采空区中防灭火作用也认识不足。
为改变为改变这一现状,必须开展防灭火三相泡沫在采空区中这一现状,必须开展防灭火三相泡沫在采空区中的流动特性的流动特性(扩散范围与影响因素)(扩散范围与影响因素)研究。
研究。
55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术三相泡沫防三相泡沫防灭火技火技术与特点与特点p围绕围绕“提升三相泡沫在矿井防灭火工作中应用工艺的设计水平,促提升三相泡沫在矿井防灭火工作中应用工艺的设计水平,促进三相泡沫防灭火优势的高效发挥进三相泡沫防灭火优势的高效发挥”这一中心目标展开。
这一中心目标展开。
具体要实具体要实现以下目标:
现以下目标:
寻求三相泡沫流变模式中相关参数准确计算方法,构建三相泡沫寻求三相泡沫流变模式中相关参数准确计算方法,构建三相泡沫的本构方程;的本构方程;获取三相泡沫渗流的阻力特性及其影响因素,寻求渗流特性的理获取三相泡沫渗流的阻力特性及其影响因素,寻求渗流特性的理论表述方法;论表述方法;构建并验证描述三相泡沫在采空区渗流过程的三维数学模型;构建并验证描述三相泡沫在采空区渗流过程的三维数学模型;建立三相泡沫在采空区渗流特性的数值模拟方法;建立三相泡沫在采空区渗流特性的数值模拟方法;研究并量化三相泡沫在采空区渗流时的扩散堆积特征。
研究并量化三相泡沫在采空区渗流时的扩散堆积特征。
22研究目标研究目标55、煤层自燃防治技术、煤层自燃防治技术33主要研究内容及研究思路主要研究内容及研究思路防灭火三相泡沫流动特性的研究防灭火三相泡沫流动特性的研究二、三相泡沫的流变性二、三相泡沫的流变性矿井火灾防治教学课件矿井火灾防治教学课件11泡沫类流体流变性的主要研究方法泡沫类流体流变性的主要研究方法p测量泡沫在毛细管中流动时的压力降测量泡沫在毛细管中流动时的压力降-流量数流量数据,用下式换算为剪切应力据,用下式换算为剪切应力剪切速率,然剪切速率,然后再进行关联;后再进行关联;p用流变仪直接测定剪切应力用流变仪直接测定剪切应力剪切速率关剪切速率关系;系;p粘度计测取不同剪切速率下的泡沫表观粘度粘度计测取不同剪切速率下的泡沫表观粘度和和剪切应力数据,将粘度与剪切速率相关联,剪切应力数据,将粘度与剪切速率相关联,寻求吻合度高的本构方程形式;寻求吻合度高的本构方程形式;粘度测试装置粘度测试装置二、三相泡沫的流变特性二、三相泡沫的流变特性22粘度的实测粘度的实测p剪切速率对表观粘度的影响剪切速率对表观粘度的影响粉煤灰三相泡沫剪切应力、表观粘度与剪切速率之间的关系粉煤灰三相泡沫剪切应力、表观粘度与剪切速率之间的关系二、三相泡沫的流变特性二、三相泡沫的流变特性22粘度的实测粘度的实测p剪切速率对表观粘度的影响剪切速率对表观粘度的影响结论:
结论:
随着剪切速率的增加,三相泡沫的粘度不断减小,在低剪切速率阶段,这一现象更加随着剪切速率的增加,三相泡沫的粘度不断减小,在低剪切速率阶段,这一现象更加明显;明显;三相泡沫具有剪切稀化的特征,是一类非牛顿流体,三相泡沫具有剪切稀化的特征,是一类非牛顿流体,其粘度是剪切速率的函数式其粘度是剪切速率的函数式(本(本构方程)构方程)。
黄泥三相泡沫剪切应力、粘度与剪切速率之间的关系黄泥三相泡沫剪切应力、粘度与剪切速率之间的关系二、三相泡沫的流变特性二、三相泡沫的流变特性p基于灰关联度分析的流变模式的优选基于灰关联度分析的流变模式的优选结论:
结论:
实测数据与实测数据与H-B流变方程的关联度较高,流变方程的关联度较高,H-B方程可作为三相泡沫的本构方程形式方程可作为三相泡沫的本构方程形式22三相泡沫的流变模式三相泡沫的流变模式H-BH-B流体的流变方程流体的流变方程H-BH-B类流体的粘度表达式类流体的粘度表达式二、三相泡沫的流变特性二、三相泡沫的流变特性22三相泡沫的流变模式三相泡沫的流变模式p三相泡沫本构方程中流变参数的计算方法三相泡沫本构方程中流变参数的计算方法参数参数11参数参数22参数参数33式中:
式中:
结论:
结论:
依据上述各算式,在利用六速旋转粘度计,实测一组(六对)不同转速条件下剪切应力依据上述各算式,在利用六速旋转粘度计,实测一组(六对)不同转速条件下剪切应力值的基础上,即可求得三相泡沫的流变模式中的三个流变参数,进而确定三相泡沫的本构值的基础上,即可求得三相泡沫的流变模式中的三个流变参数,进而确定三相泡沫的本构方程,得到三相泡沫的粘度特征。
方程,得到三相泡沫的粘度特征。
二、三相泡沫的流变特性二、三相泡沫的流变特性22三相泡沫的流变模式三相泡沫的流变模式p不同组分构成的三相泡沫的本构方程不同组分构成的三相泡沫的本构方程三相泡沫的流变曲线三相泡沫的流变曲线二、三相泡沫的流变特性二、三相泡沫的流变特性33三相泡沫对漏风的封堵作用三相泡沫对漏风的封堵作用结论:
结论:
计算出的工作面进回风侧的压差一般处于计算出的工作面进回风侧的压差一般处于10Pa10Pa这个量级上,而屈服应力造成三相泡沫这个量级上,而屈服应力造成三相泡沫在采空区的启动压力梯度最小值也能达到在采空区的启动压力梯度最小值也能达到14Pa/m14Pa/m,若三相泡沫在采空区的覆盖范围达到,若三相泡沫在采空区的覆盖范围达到50m50m,这就需要,这就需要700Pa700Pa的压力才能使得已经静止的三相泡沫重新流动。
的压力才能使得已经静止的三相泡沫重新流动。
启动压力梯度启动压力梯度工作面进回风侧间压差工作面进回风侧间压差二、三相泡沫的流变特性二、三相泡沫的流变特性三、三相泡沫渗流特性的实验三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析与数值分析矿井火灾防治教学课件矿井火灾防治教学课件三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析11三相泡沫渗流特性的实验三相泡沫渗流特性的实验三相泡沫渗流试验系统简图三相泡沫渗流试验系统简图夹持容器夹持容器p实验系统实验系统p实验设备实验设备气源气源气体流量传感器气体流量传感器浆液流量测量及显示装置浆液流量测量及显示装置流量(泵速)控制装置流量(泵速)控制装置11三相泡沫渗流特性的实验三相泡沫渗流特性的实验三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析流量流量-压降的关系曲线压降的关系曲线发泡倍数对三相泡沫的渗流特性影响不明显;发泡倍数对三相泡沫的渗流特性影响不明显;三相泡沫渗流过程中的压力降,并不等于浆液单独渗流压力降和气体单独渗流压力降之三相泡沫渗流过程中的压力降,并不等于浆液单独渗流压力降和气体单独渗流压力降之和,三相泡沫渗流的压力降要远远大于二者单独渗流的压降之和。
和,三相泡沫渗流的压力降要远远大于二者单独渗流的压降之和。
p发泡倍数对三相泡沫渗流特性的关系发泡倍数对三相泡沫渗流特性的关系11三相泡沫渗流特性的实验三相泡沫渗流特性的实验三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析流量流量-压降的关系曲线压降的关系曲线浆液浓度的增加,三相泡沫渗流阻力增大,且增大幅度较为显著;浆液浓度的增加,三相泡沫渗流阻力增大,且增大幅度较为显著;p浆液浓度与渗流特性的关系浆液浓度与渗流特性的关系11三相泡沫渗流特性的实验三相泡沫渗流特性的实验三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析11三相泡沫渗流特性的实验三相泡沫渗流特性的实验渗透率和视粘度的关系渗透率和视粘度的关系p介质渗透率对渗流特征的影响介质渗透率对渗流特征的影响介质渗透率增加,三相泡沫渗流过程中的视粘度增大,且渗透率和视粘度的变化基介质渗透率增加,三相泡沫渗流过程中的视粘度增大,且渗透率和视粘度的变化基本成线性关系;本成线性关系;三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析22渗流实验的数值模拟与分析渗流实验的数值模拟与分析p物理模型与边界条件物理模型与边界条件主要边界条件:
主要边界条件:
物理模型以前述实验中所用的多孔介质为原型物理模型以前述实验中所用的多孔介质为原型四周:
四周:
壁面边界条件;壁面边界条件;流场:
流场:
多孔介质流场;多孔介质流场;渗透率:
渗透率:
7.147.141010-7-7m2;空隙率:
空隙率:
0.450.45;左端:
左端:
速度入口速度入口;右端:
右端:
自由出口自由出口.物理模型与网格划分物理模型与网格划分1.2m1.2m入口入口几何特征参数:
几何特征参数:
长:
长:
1.2m1.2m;直径:
直径:
0.1m0.1m;三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析22渗流实验的数值模拟与分析渗流实验的数值模拟与分析p数学模型数学模型主要控制方程主要控制方程关键参数关键参数粘度粘度三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析22渗流实验的数值模拟与分析渗流实验的数值模拟与分析p数值模拟结果数值模拟结果流量为流量为6m6m33/h/h时数值模拟的结果时数值模拟的结果表观粘度表观粘度速度分布速度分布m/sPas三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析22渗流实验的数值模拟与分析渗流实验的数值模拟与分析p数值模拟结果数值模拟结果流量为流量为80m80m33/h/h时数值模拟的结果时数值模拟的结果表观粘度表观粘度速度分布速度分布m/sPas三相泡沫在渗流的过程中,在多孔介质的中部渗流速度较慢,两边速度较快,这三相泡沫在渗流的过程中,在多孔介质的中部渗流速度较慢,两边速度较快,这与牛顿流体的流动规律截然相反。
柱塞状流动的这一特点是由屈服应力造成的。
与牛顿流体的流动规律截然相反。
柱塞状流动的这一特点是由屈服应力造成的。
三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析三、三相泡沫渗流特性的实验与数值分析22渗流实验的数值模拟与分析渗流实验的数值模拟与分析结论:
结论:
数值计算结果与实测数据具有较好的吻合度。
这表明,可采用本构方程表述的数值计算结果与实测数据具有较好的吻合度。
这表明,可采用本
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