基于黏度时变性的多孔介质注浆扩散规律分析_中国煤炭行业知识服务平台

基于黏度时变性的多孔介质注浆扩散规律分析

作者

张华磊徐保杰常聚才
单位

安徽理工大学矿业工程学院
摘要

为了探究动水环境下黏度时变性幂律型浆液在砂砾石中的扩散规律，以幂律型水泥浆液为研究对象，开展幂律型浆液的黏度时变性试验，得到浆液的黏度时变性方程，依托计算机编程语言生成粒径在0.1～4.0cm范围内的圆形颗粒来模拟砂砾石颗粒，并在数值模型中自定义浆液黏度时变性本构方程，使用COMSOL数值模拟软件中的层流两相流水平集接口，实现动水环境下黏度时变性幂律型浆液在多孔介质中的数值模拟。结果表明，幂律型浆液的黏度与时间呈指数关系，水灰比与浆液黏度增长幅度呈反比；浆液在扩散的过程中，浆液黏度变化曲线与扩散距离呈“n”形分布，浆液黏度变化过程可分为平稳区域与下降区域；其扩散形态从圆形逐渐过渡到椭圆形直至“U”形；相同条件下，浆液的扩散距离与时间呈正相关，并且随着水灰比的增加而增加，随着多孔介质孔隙率的减小而减小，同一水灰比下考虑与未考虑浆液黏度时变性扩散面积的差值与时间呈正比，同一时刻下考虑与未考虑浆液黏度时变性扩散面积的差值随水灰比的增加呈减小的趋势。因此，在工程实践中不可忽略浆液黏度时变性与孔隙率对浆液扩散规律的影响，研究结果对于实际注浆工程具有一定参考与借鉴的意义。
关键词

渗透注浆幂律流体黏度时变性多孔介质
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金资助项目(52204081,52174105)；
文章目录

1 幂律流体流变特性试验
1.1 仪器与试验材料
1.2 试验方案
2 浆液扩散数值模拟
2.1 模型建立
2.2 控制方程
1)运动方程
2)质量守恒定律
3)浆-水界面控制方程
4)浆液的本构方程
2.3 参数及边界条件
2.4 数值模拟方案
3 数值模拟结果分析
3.1 浆液黏度分布规律
3.2 浆液扩散范围分布规律
4 结论与展望