粗糙元对单裂隙渗流影响的格子Boltzmann方法模拟及分析

摘要：

岩体单裂隙中的粗糙结构会对流体流动性能产生一定影响,但实际粗糙结构复杂无序,很难通过直接研究认识到其作用机理.本文在单裂隙中构造了参数化的人工粗糙元,并基于格子Boltzmann方法自行编写了程序,对单裂隙中不同间距、高度和数量的粗糙元作用下的渗流场进行数值模拟,定性分析了速度场、压强场、角速度场的变化规律;在定性分析的基础上提出了等效黏度的宏观描述方式,定量分析了粗糙元对等效黏度的影响.结果表明渗流场中粗糙元的存在造成了一系列涡旋,增大了等效黏度;涡旋本身具有局域性但作用的范围很大;在低速渗流条件下这些粗糙元附近的涡旋互不影响,可以划分成若干个相互独立的含涡区,这种划分对于理解涡旋对等效黏度的影响有很大帮助.

关键词：格子Boltzmann方法、渗流、单裂隙、粗糙元、等效黏度

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资助基金：国家杰出青年科学基金编号:51125017、国家自然科学基金编号:51374213,41472130和煤炭资源与安全开采国家重点实验室基金编号:SKLCRSM16KFB03资助项目

在线出版日期：2017-03-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：62-73