多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型

计算物理 ›› 2015, Vol. 32 ›› Issue (4): 423-430.

多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型

金鑫, 刘高洁, 郭照立

华中科技大学煤燃烧国家重点实验室, 武汉 430074

收稿日期:2014-06-21 修回日期:2014-10-11 出版日期:2015-07-25 发布日期:2015-07-25
作者简介:金鑫(1989-),男,硕士,主要从事基于格子Boltzmann方法的粘性指进问题的研究,E-mail:jsimon@yeah.net
基金资助:
国家自然科学基金(51125024);国家重大基础研究专项基金(2011CB707305)资助项目

A Lattice Boltzmann Model for Miscible Viscous Fingering in Porous Media

JIN Xin, LIU Gaojie, GUO Zhaoli

State Key Laboratory of Coal Combustion, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China

Received:2014-06-21 Revised:2014-10-11 Online:2015-07-25 Published:2015-07-25

摘要/Abstract

摘要： 提出一个模拟多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型.采用双分布函数分别求解压力场和浓度场.在浓度场平衡态分布函数中引入与浓度扩散相关的参数.通过调节参数,使粒子碰撞过程中的松弛时间保持恒定.模拟了粘度相同的流体间的混相驱替问题.不同网格下的模拟结果均与解析解吻合良好,验证了模型的可行性.进一步研究粘度比和贝克莱数(Pe)对粘性指进现象的影响.结果显示,增大粘度比会促进"手指"的增长.当粘度比不变时,存在Pe的临界值.当Pe超过临界值时,"手指"前缘会出现分裂现象.对横向平均浓度场的研究显示,混合区域的长度随时间的变化分为两个阶段,它首先随着t^1/2成线性增长,然后随着t成线性增长.

关键词: 格子Boltzmann方法, 混相驱替, 粘性指进

Abstract: A lattice Boltzmann model for miscible viscous fingering in porous media is proposed. Stable displacement between two fluids with same viscosity is simulated. Good agreement with analytical solution is obtained. Specifically,effects of viscosity contrast and Peclet number are investigated. It shows that great viscosity contrast makes fingers grow faster. As viscosity contrast is given,there exists a critical Peclet number above which tip-splitting happens. Study on transversely averaged concentration profile indicates that mixing length first goes as t^1/2,then shifts into a linear dependence in t.

Key words: lattice Boltzmann method, miscible displacement, viscous fingering

中图分类号:

O359

金鑫, 刘高洁, 郭照立. 多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型[J]. 计算物理, 2015, 32(4): 423-430.

JIN Xin, LIU Gaojie, GUO Zhaoli. A Lattice Boltzmann Model for Miscible Viscous Fingering in Porous Media[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2015, 32(4): 423-430.

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