[發明專利]一種多孔介質任意橫截面形狀的通道滲透率確定方法

有效

• 申請號: 201811309712.6
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109490166B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 王美玲;明麗;程思源;郭若愚
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發明公開了一種多孔介質任意橫截面形狀的通道滲透率確定方法，屬于多孔介質技術領域；通過管道內流體流動確定管道的形狀因子，具有普遍適用性，將該方法的計算結果與經驗參數進行對比，發現該方法計算結果的精度較高；同時該計算結果可以用于計算任意橫截面管道內的滲透率；對于給定橫截面的管道，只需計算管道橫截面的面積、濕周以及截面慣性矩，無需進行實驗測量，簡化計算過程。

技術領域

本發明涉及一種多孔介質任意橫截面形狀的通道滲透率確定方法，屬于多孔介質技術領域。

背景技術

多孔介質廣泛存在于自然界中，多孔介質滲透率是衡量其內部流動能力的關鍵指標，常用的多孔介質滲透率計算模型為Kozeny-Carman模型，該模型使用前提是確定流通管道橫截面形狀因子，不同的多孔介質通常具有不同的內部微觀結構，其流通管道的橫截面也存在較大差異。目前常用的確定多孔介質管道形狀因子的方法有經驗值法和數值仿真方法，但是以上方法均針對特定形狀的通道橫截面，缺少一種適合任意通道橫截面形狀因子的確定方法，從而影響了Kozeny-Carman模型對多孔介質滲透率的計算精度。

發明內容

本發明提供了一種任意橫截面的通道滲透率確定方法，可以計算任意橫截面管道內的滲透率，簡化計算過程。

一種多孔介質任意橫截面形狀的通道滲透率確定方法，包括：

確定通道的橫截面形狀，根據形狀因子公式計算該通道的形狀因子；其中，A表示通道橫截面面積，P表示通道濕周，I_p表示通道橫截面慣性矩；

將形狀因子代入到Kozeny-Carman滲透率計算方程中：

得到該通道的滲透率；

其中，φ表示通道中多孔介質孔隙率，表示通道中多孔介質內微粒等效平均粒徑，τ表示管道迂曲度。

本發明具有如下有益效果：

本發明通過管道內流體流動確定管道的形狀因子，具有普遍適用性，將該方法的計算結果與經驗參數進行對比，發現該方法計算結果的精度較高；同時該計算結果可以用于計算任意橫截面管道內的滲透率；對于給定橫截面的管道，只需計算管道橫截面的面積、濕周以及截面慣性矩，無需進行實驗測量，簡化計算過程。

具體實施方式

下面對本發明進行詳細描述。

步驟一：推導任意橫截面管道內層流流動的平均速度：管道內流體為泊肅葉流，推導過程滿足以下條件：1)管道內部流體流動為穩態層流；2)流通通道橫截面面積A和濕周均為常數P；3)流體性質為常數；4)忽略壁面上的滑移，電磁作用等等。

管道兩端壓力差為ΔP，管道長度為L，管道內流體粘度為μ，則其平均速度為：

其中，f(·)是與管道橫截面相關的幾何函數。

步驟二：計算橢圓橫截面管道的幾何函數f(·)：管道橫截面為橢圓，橢圓長軸半徑為b，短軸半徑為c，橢圓的橫截面面積A＝πbc、濕周以及截面慣性矩其中則管道內的平均速度為：

對比(1)和(2)，求得橢圓的幾何函數f(·)具體為：

采用橢圓橫截面面積、濕周以及截面慣性矩對(3)式進行改寫，則橢圓橫截面管道的幾何函數f(·)為：

其中，根據截面慣性矩的定義，可求得橢圓管道的截面慣性矩為：