models.mph.rock_fracture_flow.zh_CN.pdf

【模型概述】 本文介绍的是一个使用COMSOL Multiphysics 5.3版本构建的岩石裂隙流模型，该模型基于《COMSOL软件许可协议》5.3版本授权。模型着重研究流体在岩石裂隙中的流动现象，这是自19世纪以来一直备受关注的科研领域。在立方定律的基础上，模型描述了单个裂隙中粘性不可压缩流体的流动行为。 【立方定律】 立方定律是描述裂隙中流体流动的经典模型，它假设流体通过两个平行板之间的狭窄孔隙流动。根据立方定律，裂隙的水力传导率Ks与裂隙的孔隙度或宽度a的平方成正比，即Ks = ρg(μ/a)^2。其中，ρ是流体密度，g是重力加速度，μ是流体的动力粘度。裂隙中的流量q依赖于水力传导率Ks、水头H以及水力梯度H∇。 【模型扩展】 当实际条件与理想状态有所偏差，如表面粗糙时，可以通过引入粗糙度系数f来修正立方定律，使导水系数变为Ks = ρg(μ/f*a)^2。本模型采用了势流模型，基于雷诺方程来描述岩石裂隙中流体的流动。 【模型构建】 模型由两个部分组成：一个用于解决二维问题，另一个用于解决三维问题。模型的计算域是一个矩形区域，设定上下边界水头差以驱动流体流动，两侧边界视为不可渗透。孔隙度数据存储在文本文件aperture_data.txt中，通过内插函数导入到COMSOL Multiphysics中，作为孔隙度a(x, y)的输入。 【结果分析】 模型的输出包括速度大小的二维和三维可视化，展示了流体流动的速度分布和孔隙度分布。图1和图2分别给出了速度大小、方向和孔隙度的数据可视化。 【建模步骤】 1. 在COMSOL Multiphysics中选择“模型向导”，建立二维模型，选择“对流-扩散方程”接口。 2. 设置因变量为“H”，表示压力头。 3. 添加稳态研究。 4. 定义流体密度ρ和动力粘度μ的参数。 5. 使用插值函数导入孔隙度数据。 【结论】 此模型通过COMSOL Multiphysics软件实现了对岩石裂隙中流体流动的数值模拟，考虑了实际环境中的各种因素，如孔隙度的非均匀性和表面粗糙度的影响，为理解和研究地质环境中流体流动提供了有力的工具。模型的构建和结果分析过程清晰明了，为类似问题的研究提供了参考。