一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法及装置

本发明涉及流体力学，特别涉及一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法及装置。

背景技术：

1、粘弹性流体是一类同时具有粘性流体和弹性固体特性的非牛顿流体。粘弹性湍流是粘弹性流体的重要特性之一，是指在惯性效应可以忽略(即re数小于1)的条件下，仅由流体的粘弹性引发的湍流。粘弹性流体的粘弹性湍流现象能引起流场振动并剥离原本难以驱替的油滴。

2、多相粘弹性流体系统在许多重要领域，如食品工业、生物系统和油气开采工程中都备受关注。在油藏工程中，聚合物驱油技术由于其实施过程相对简单、费用相对低廉、效果相对显著，在各大油田都得到了广泛的应用，是目前普遍采用的强化驱油方式。聚合物种类繁多、分子结构多样，大部分都具有粘弹性等复杂的流变学特性，能够同时表现出固体和流体的属性。

3、自然界中存在的多孔介质中存在很多盲端结构，多孔介质中的液滴常常受到这些盲端结构的束缚作用而难以被剥离，这在驱油技术和液滴操控等领域都是一个重要的问题。对液滴操控的方法分为接触式操控和非接触式操控。接触式操控是利用被操控微颗粒与操控器件表面间的摩擦力或范德华力，使被操控物体“粘”在操控头表面，然后通过改变操控期间的空间位置，将被操控颗粒移动到指定位置。接触式操控常常通过一些特殊操控仪器来实现，但其成本较高。非接触式操控是通过对被操控微颗粒施加长程力(例如:电场力、磁场力、热能和光压等)，将微颗粒移动到指定位置。目前大多采用特定设备外加电场、磁场、光压等方法，以及通过表面活性剂对液滴进行操控，使液滴剥离。然而以上方法成本相对较高，并且对流体磁性、导电性等特性存在限制。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法及装置，该方法基于粘弹性流体自身特殊特性对液滴实现剥离作用，不仅节约成本，而且实现方便，对液滴操控、聚合物驱油等技术的进一步发展提供了重要的新思路。

2、为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

3、一方面，提供了一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，包括以下步骤：

4、s1、设计模拟束缚液滴的几何通道；

5、s2、根据几何通道选择牛顿流体和不同德博拉数的粘弹性流体作为驱替液；

6、s3、通过数值模拟得到不同流体作为驱替液的情况下液滴的剥离情况；

7、s4、基于数值模拟结果得出，调节粘弹性流体的德博拉数超过临界德博拉数，束缚液滴即可被剥离。

8、优选地，所述步骤s1中，设计的几何通道包括盲端几何通道和“x”结构几何通道。

9、优选地，所述盲端几何通道包括主流通道和位于所述主流通道下方的盲端孔，非湿润液滴沉积在所述盲端孔的中间底部，非润湿液滴之外为驱替液。

10、优选地，所述“x”结构几何通道包括交叉为“x”形结构的主流通道，“x”形结构角落处分布四个非润湿液滴。

11、优选地，所述步骤s2中，配置一种牛顿流体和九种松弛时间τel分别为0.01s、0.1s、0.5s、1s、2s、5s、14s、20s、40s的粘弹性流体，使粘弹性流体的德博拉数de在0至400之间变化；雷诺数re和毛细管数ca分别为0.04和5×10-4。

12、优选地，所述步骤s3中，利用基于粘弹性流体多相流动的lbm模型进行数值模拟，得到不同驱替液下的液滴剥离情况，得出粘弹性流体产生的粘弹性湍流振荡对液滴具有剥离作用。

13、优选地，所述步骤s4中，根据无量纲平均涡度与之间单调递增的关系，将德博拉数de划分为两个区域：其中德博拉数de小于临界德博拉数，表示捕获区域，另一个则是提取区域；

14、随着粘弹性流体的德博拉数de增加，粘弹性湍流振荡强度不断增加，通过调节粘弹性流体的德博拉数de使之超过临界德博拉数，被束缚的液滴即可被剥离出来。

15、另一方面，提供了一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离装置，包括：

16、几何通道设计模块，用于设计模拟束缚液滴的几何通道；

17、驱替液配置模块，用于根据几何通道选择牛顿流体和不同德博拉数的粘弹性流体作为驱替液；

18、数值模拟模块，用于通过数值模拟得到不同流体作为驱替液的情况下液滴的剥离情况；

19、分析模块，用于基于数值模拟结果得出，调节粘弹性流体的德博拉数超过临界德博拉数，束缚液滴即可被剥离。

20、另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述液滴剥离方法。

21、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述液滴剥离方法。

22、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

23、本发明通过对不同流体对束缚液滴驱替的lbm数值模拟进行对比，发现粘弹性湍流振荡能够对束缚液滴产生剥离作用，并基于粘弹性湍流振荡效应提出了一种有效的液滴剥离技术。该方法对不同场景下的束缚液滴提供了有效的剥离方法，不仅节约成本，而且实现方便，有助于液滴操控、聚合物驱油等技术的进一步发展。

技术特征：

1.一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，其特征在于，所述步骤s1中，设计的几何通道包括盲端几何通道和“x”结构几何通道。

3.根据权利要求2所述的基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，其特征在于，所述盲端几何通道包括主流通道和位于所述主流通道下方的盲端孔，非湿润液滴沉积在所述盲端孔的中间底部，非润湿液滴之外为驱替液。

4.根据权利要求2所述的基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，其特征在于，所述“x”结构几何通道包括交叉为“x”形结构的主流通道，“x”形结构角落处分布四个非润湿液滴。

5.根据权利要求1所述的基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，其特征在于，所述步骤s2中，配置一种牛顿流体和九种松弛时间τel分别为0.01s、0.1s、0.5s、1s、2s、5s、14s、20s、40s的粘弹性流体，使粘弹性流体的德博拉数de在0至400之间变化；雷诺数re和毛细管数ca分别为0.04和5×10-4。

6.根据权利要求1所述的基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，其特征在于，所述步骤s3中，利用基于粘弹性流体多相流动的lbm模型进行数值模拟，得到不同驱替液下的液滴剥离情况，得出粘弹性流体产生的粘弹性湍流振荡对液滴具有剥离作用。

7.根据权利要求1所述的基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法，其特征在于，所述步骤s4中，根据无量纲平均涡度与之间单调递增的关系，将德博拉数de划分为两个区域：其中德博拉数de小于临界德博拉数，表示捕获区域，另一个则是提取区域；

8.一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-7任一项所述的液滴剥离方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1-7中任一项所述的液滴剥离方法。

技术总结
本发明公开了一种基于粘弹性湍流振荡效应的液滴剥离方法及装置，所述方法包括：设计模拟束缚液滴的几何通道；根据几何通道选择牛顿流体和不同德博拉数的粘弹性流体作为驱替液；通过数值模拟得到不同流体作为驱替液的情况下液滴的剥离情况；基于数值模拟结果得出，调节粘弹性流体的德博拉数超过临界德博拉数，束缚液滴即可被剥离。本发明基于粘弹性湍流振荡效应提出了一种有效的液滴剥离技术，该方法可适用于不同场景下的束缚液滴剥离，不仅节约成本，而且实现方便，有助于液滴操控、聚合物驱油等技术的进一步发展。

技术研发人员：谢驰宇,王国栋,劳浚铭,杨洪恩,宋洪庆,徐克
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13