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申请/专利权人：西南石油大学

摘要：本发明公开了一种基于CFD‑DPM原理的煤层节理内固液两相流动的数值模拟方法，属于煤层气开发技术领域。该方法中将固相颗粒视作离散相，建立DPM模块来模拟颗粒的运动，求解颗粒运动控制方程；将液相视作连续相，建立CFD模块并基于N‑S方程求解并模拟孔隙流体的流动。通过描述颗粒的碰撞过程，考虑颗粒自身重力、颗粒间碰撞接触力、摩擦力等作用，并采用线性滞后弹簧模型与线性弹簧库仑极限模型来定义颗粒与颗粒间的接触碰撞方式，同时，充分考虑流场内流体作用产生的浮力、曳力、虚拟质量力等，对流固双相间作用机理和颗粒‑流体流固两相间的相互作用进行分析计算，准确模拟和分析颗粒相在固液两相间的复杂流动状态和流动规律。

主权项：1.一种基于CFD-DPM原理的煤层节理内固液两相流动的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立固体颗粒运动控制方程，包括固体颗粒的平移方程和旋转运动方程，分别如下： 其中，mp是颗粒质量；是重力加速度矢量；是考虑到颗粒与颗粒之间、颗粒与墙壁之间相互作用的接触力；是颗粒的角速度向量；表示角速度向量对时间t求导；是颗粒的惯性矩惯性张量；是由切向力产生的导致颗粒旋转的净扭矩；为颗粒的速度向量，表示该颗粒速度向量对时间t求导；是液相流体在颗粒上产生的作用力；是由液相速度梯度引起的额外扭矩；S2：建立固体颗粒间碰撞接触力模型：固体颗粒间碰撞接触力包括法向接触力和切向接触力；所述法向接触力采用线性滞后弹簧模型，线性滞后弹簧模型以递增的方式在RockyDPM模块中实现，表达式如下： 其中，和分别为当前时间和前一时间的法向弹塑性接触力，其中是时间步长；是当前和前一时间内接触法向重叠的变化，，和分别是当前和前一时间的法向重叠值；和分别是碰撞压缩和碰撞恢复时接触刚度的值；是无量纲常数；所述切向接触力采用线性弹簧库仑极限模型，切向接触力的表达式为： 其中，为切向接触力；是颗粒静态摩擦系数；和分别是当前时间t和前一时间的切向接触力的值；是粒子在时间段内的切向相对位移；是切向刚度；S3：建立流体相的动力学控制方程；S4：建立流体-颗粒相互作用项；S5：基于步骤S1-S4，建立煤层节理内固液两相渗流数值模拟方法的计算流程，计算流程如下：S51：基于COMSOL多物理场耦合软件建立物理模型并设置接口，划分网格；S52：根据步骤S1计算颗粒的运动轨迹和速度；S53：根据步骤S3模拟孔隙流体的流动行为；S54：根据步骤S4，通过接口模块定义和模拟特定物理场的行为及其与其他物理场的相互作用，将CFD模块和DPM模块计算得到的数据进行传递和交换，考虑颗粒-流体之间的相互作用，并考虑颗粒间的接触和碰撞；S55：将更新后的流场数据传到DPM模块；将更新后的颗粒运动数据传回到CFD模块中并不断循环进行计算和数据更新，以计算流场与颗粒的相互作用；所述流场数据包括速度、压力、温度及密度在空间和时间上的连续分布；所述颗粒运动数据包括颗粒运动速度在空间和时间上的连续分布；S56：经过后处理模块生成流场图和每个时间步的颗粒轨迹图。

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