基于水平集方法的毛管上升特征研究

来源：计算力学学报杂志2019年第3期北京时间：

作者：程志林,王庆,宁正福

单位：中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249,中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249,中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249

摘要：毛管上升现象与许多行业密切相关，系统地对此现象进行研究具有重大意义。与传统理论研究方法不同，本文使用N-S方程耦合水平集方法模拟毛管气液上升行为。通过与简化条件的解析解对比，验证了模拟方法的可靠性。此外，详细地研究了毛管振荡现象，并分析了影响毛管振荡行为的主要因素。结果表明，水平集方法能够精确地表征毛管振荡现象，与数值解相比具有更高的精度。毛管长度的增加能够减弱液柱振荡，主要归结于非湿相气体的粘滞力作用；湿相密度和湿相粘度同样对毛管振荡现象影响显著。湿相密度越大，惯性力越大，促进了毛管振荡；而湿相粘度变大，会增大粘滞力作用，因此减弱了毛管振荡现象。毛管振荡是由多种影响因素共同控制的，流体的惯性力是造成毛管振荡的主要原因，而粘滞力是减弱毛管振荡行为的主要因素，使液柱振荡逐渐衰减，并稳定至平衡高度。

关键词：毛管上升,两相流,水平集方法,毛管振荡,

基金资助：国家自然科学基金（51504265）资助项目.