非牛顿流体和物理化学渗流.ppt

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？ 第二页，共三十五页，2022年，8月28日 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 第三页，共三十五页，2022年，8月28日 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 第四页，共三十五页，2022年，8月28日 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 第五页，共三十五页，2022年，8月28日 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体的弹性。 第六页，共三十五页，2022年，8月28日 第一节 流变学基本概念 流变曲线 0 塑性流体 拟塑性流体 膨胀性流体 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 第七页，共三十五页，2022年，8月28日 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。 第八页，共三十五页，2022年，8月28日 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 第九页，共三十五页，2022年，8月28日 ①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，流体上爬越高。 第一节 流变学基本概念 第十页，共三十五页，2022年，8月28日 ②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 第十一页，共三十五页，2022年，8月28日 ③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 第十二页，共三十五页，2022年，8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 一、塑性流体径向稳定渗流 0 塑性流体 拟塑性流体 膨胀性流体 得 积分得 产量公式 第十三页，共三十五页，2022年，8月28日 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r<R(t)中，近似解为： 外边界条件 内边界条件 第十四页，共三十五页，2022年，8月28日 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 第十五页，共三十五页，2022年，8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 井底压力：由于 对于 当 较小时，存在 当 较大时，存在 第十六页，共三十五页，2022年，8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 三、拟塑性流体的稳定渗流 第十七页，共三十五页，2022年，8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 四、拟塑性流体的不稳定渗流 假设条件： 油层等厚均质； 径向流