多孔介质中非达西流动的实验研究

摘要

本文通过开展粒径分别为0.5～0.63mm和0.63～1.25mm的两种介质的一维土柱渗透实验，分析在高渗透流速的情况下，水力梯度和渗透流速之间的关系变化过程。随着渗透流速的增大，水力梯度和渗透流速之间的线性关系将发生偏移，即出现非达西现象。本文分别采用Forchheimer定律和Izbash定律对实验数据进行全程拟合和分段拟合，发现分段拟合会取得更好的拟合效果。对实验数据进行分析计算后，得到这两种介质发生非达西流动的临界雷诺数分别为22～27和52～104。通过对水力阻抗的分析，可知当惯性力分量占优时，水流流态处于非达西状态。随着渗透流速的增大，惯性力和粘性力逐渐增加，但惯性力增长速度快于粘性力增长速度，惯性力占水力梯度的比重逐渐增大，而粘性力所占比重逐渐减小。不同的介质Forchheimer数值是不同的，两种介质的Forchheimer数值分别为0.872和1.159。 在一定的近似条件下，通过将水位降深和渗透流速写成级数的形式，本文还推导出自流井附近承压单一垂直裂隙中非达西流动的水位降深和单宽流量计算的近似解析解，并与数值解进行比较，通过研究发现在其他条件相同时达西情况下水位降深大于非达西流动条件下的水位降深。

目录

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声明

第一章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

第二章一维均质土柱非达西流动的实验研究

2.1一维均质土柱达西流动实验

2.2一维均质土柱非达西流动实验

2.3非达西流动机理分析

2.4小结

第三章Forchheimer近似解在单一裂隙井中的应用

3.1问题的提出

3.2非达西流动条件分析

3.3近似解析解的推导

3.4数值解差分格式的推导

3.5近似解析解的应用

3.6小结

第四章结论与建议

4.1主要结论

4.2建议和展望

参考文献

致谢

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