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科研动态

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陈益峰教授和胡冉副教授在地质材料多相流领域取得系列研究进展
通讯员:教学与科技办公室  发布时间:2017-08-22 15:30:31  点击数:

  在二氧化碳地质封存和地下能源高效开采过程中,岩土体孔隙/裂隙中往往存在水-气、油-水、CO2-水等复杂多相流过程。传统的达西渗流定律难以表征这种复杂流动现象,需要借助先进的实验观测手段和高效的数值模拟技术,揭示岩/土体多相流的细观-宏观机制,进而建立跨尺度模型来模拟并预测多相流的运动过程。

  陈益峰教授团队经过多年努力,通过与美国劳伦斯伯克利国家实验室等相关团队的紧密合作,初步组建了地质材料多相流实验室。通过天然裂隙的多相流实验,首次观测到粗糙裂隙中毛细指进与黏性指进之间存在过渡区,并基于流体界面特性的拓扑形态学分析,发现两相流体界面推进特征速率服从统一的线性规律,进而揭示了毛细-黏性过渡区驱替效率降低的物理机制(Chen et al., 2017)。另一方面,在高温/高压-显微镜-微流体实验平台上,胡冉副教授开展了超临界CO2-水两相流实验,揭示了微米尺度下介质壁面的湿润性控制CO2毛细捕获的细观机制(Hu et al., 2017a),并在超级计算机上开展了大规模数值模拟,揭示了超临界CO2-水两相流在微秒时间尺度内的运动特性(Hu et al., 2017b; 胡冉等, 2017)。

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  图中揭示了粗糙裂隙中水驱油过程呈现出强烈的指进现象(指流)。传统理论认为随着注入流速的增加,被水驱替的油相饱和度也增加。然而,我们的研究发现,当流速增加到一定程度时,驱替效率会显著降低(c)。基于流体界面特性的拓扑形态学分析,我们发现驱替前沿的特征流速达到最大值,导致入侵流体提前突破,进而显著降低驱替效率。

  上述成果发表在水资源与地下水领域权威期刊《Water Resources Research》 (Chen et al., 2017; Hu et al., 2017a)、温室气体控制领域权威期刊《International Journal of Greenhouse Gas Control》(Hu et al., 2017b)和国内力学领域权威期刊《力学学报》(胡冉等, 2017)。以下为论文成果全文链接。

  Chen, Y. F., Fang, S., Wu, D. S., Hu, R. (2017). Visualizing and quantifying the crossover from capillary fingering to viscous fingering in a rough fracture. Water Resources Research, doi:10.1002/2017WR021051. [http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017WR021051/full]

  Hu, R., Wan, J. M., Kim, Y., Tokunaga, T. (2017a). Wettability impact on supercritical CO2 capillary trapping: Pore-scale visualization and quantification. Water Resources Research, 53, doi:10.1002/2017WR020721. [http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017WR020721/full]

  Hu, R., Wan, J. M.,Kim, Y., Tokunaga, T. (2017b). Wettability effects on supercritical CO2-brine immiscible displacement during drainage: Pore-scale observation and 3D simulation. International Journal of Greenhouse Gas Control, 60:129-139. [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1750583616306715]

  胡冉, 陈益峰, 万嘉敏, 周创兵 (2017), 超临界CO2-水两相流与CO2毛细捕获:微观孔隙模型实验与数值模拟研究 , 力学学报, 49(3), 638-648.[http://lxxb.cstam.org.cn/CN/abstract/abstract146476.shtml]

(编辑:陈欢)