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申请/专利权人：东北石油大学

摘要：本发明涉及的是基于CFD‑DEM模型的含蜡原油细观尺度力链网络结构表征方法，它包括：构建流体域，建立流体域边界；获取液态烃与蜡晶颗粒的物性参数，确定含蜡原油数值模拟的基本物性参数；采用结构化网格对构建的流体域进行网格划分并调整；对流体连续性方程、动量方程进行求解；通过控制转子剪切速率，构建库埃特层流流场；通过监测转子所受力矩得到体系的表观黏度；将蜡晶颗粒随机注入流体域内部，通过曳力模型将流场信息传递给颗粒，实现流体‑颗粒相互作用；提取蜡晶颗粒间的接触矢量，构建含蜡原油细观尺度接触网络，得到力链网络结构，筛选出强、弱力链。本发明能直观地观测到蜡晶的三维网络结构，并准确测量蜡晶间的相互作用变化。

主权项：1.一种基于CFD-DEM模型的含蜡原油细观尺度力链网络结构表征方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：构建流体域，确定数值模拟区域参数，数值模拟区域参数包括模型尺寸和间隙宽度，建立流体域边界；步骤二：通过实验测量手段获取液态烃与蜡晶颗粒的物性参数，确定含蜡原油数值模拟的基本物性参数，液态烃参数包括密度、黏度；蜡晶颗粒参数包括密度、粒径、质量分数、泊松比、杨氏模量、哈梅克常数和zeta电势；步骤三：基于CFD-DEM耦合理论与非解流耦合方法，采用结构化网格对构建的流体域进行网格划分，根据蜡晶颗粒尺寸以及网格质量对网格尺寸进行调整；步骤四：采用有限体积法对流体连续性方程、动量方程进行求解；通过控制转子剪切速率，构建库埃特层流流场；通过监测转子所受力矩得到体系的表观黏度；流体连续性方程： 动量方程： 式中：εf—液相体积分数；t—时间，s；ρf—液相密度，kgm3；uf—液相流速，ms；p—压力，Pa；τ—流体应力张量；g—重力加速度，ms2；—固-液两相动量交换源项，Nm3；步骤五：将蜡晶颗粒随机注入流体域内部，通过koch-hill曳力模型将流场信息传递给颗粒，实现流体-颗粒相互作用；基于离散单元法对颗粒运动方程进行求解；采用软球模型，计算颗粒之间的接触作用，引入范德华力、静电斥力等分子间相互作用力，模拟含蜡原油中蜡晶颗粒的黏附、聚集行为；再通过耦合文件将颗粒信息传递给流场，完成一次固-液两相耦合运算的循环，实现颗粒-流体、流体-颗粒、颗粒-颗粒相互作用的四向耦合，实现剪切作用下含蜡原油中蜡晶颗粒动力学行为演变的数值模拟；曳力模型： 颗粒运动方程： 接触模型： 式中：Vi—i颗粒体积，m3；β—阻力引起的相间动量交换系数；εp—液相体积分数；vi—i颗粒速度，ms；μf—流体动力黏度，Pa·s；dp—i颗粒粒径，m；Rep—颗粒雷诺数；mi—i颗粒质量，kg；t—时间，s；—i颗粒与j颗粒之间的接触力，N；—i颗粒与k颗粒之间的非接触力，N；fipf—i颗粒与流体的相互作用力，N；fig—i颗粒所受重力，N；Ii—i颗粒转动惯量，kg·m2；ωi—i颗粒旋转角速度，rads；Mij—i颗粒与j颗粒相互作用产生的力矩，N·m；Mi,f—i颗粒受流体作用产生的力矩，N·m；kn—法向接触弹性系数；δnij—i颗粒与j颗粒的法向重叠量，m；γn—法向接触阻尼系数；vnij—i颗粒与j颗粒的法向相对速度，ms；kt—切向接触弹性系数；δtij—i颗粒与j颗粒的切向重叠量，m；γt—切向接触阻尼系数；vtij—i颗粒与j颗粒的切向相对速度，ms；Evdw—范德瓦尔斯能，kJmol；AH—哈梅克常数，J；ri—i颗粒半径，m；rj—j颗粒半径，m；R—粒子中心之间的分离距离，m；Eedl—静电相互作用能，kJmol；εε0—介电常数，Fm；ψi—i颗粒zeta电势，mV；ψj—j颗粒zeta电势，mV；κ—德拜长度，1m；步骤六：提取蜡晶颗粒间的接触矢量，构建含蜡原油细观尺度接触网络；通过对含蜡原油细观尺度接触网络的二次处理，使接触矢量能够根据接触力大小调整粗细，得到力链网络结构，筛选出强、弱力链。

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百度查询： 东北石油大学 基于CFD-DEM模型的含蜡原油细观尺度力链网络结构表征方法