关键词： 煤   多尺度孔隙结构   扫描电镜   液氮-压汞联合实验   恒速压汞   渗透率   变质程度  

摘要： 煤中孔隙大小分布不均且分布范围较广,因而利用单一的方法难以对煤的多尺度孔隙结构进行有效地表征。为此,综合运用扫描电镜、低温液氮吸附、高压压汞、恒速压汞等实验方法,对煤的多尺度孔隙结构特征进行综合分析,并揭示变质作用对煤孔体积、孔比表面积的影响,以及煤岩渗透率与孔隙结构特征参数的关系。研究结果表明:(1)随煤变质程度增强,煤中纳米孔体积及孔比表面积均呈现先减小后增大的趋势,并且在R_(o,max)为1.8%左右时达到最小值;(2)煤样孔隙半径、喉道半径整体均呈现正态分布,并且随着煤变质程度的增加,最大分布频率对应的孔隙半径增大;(3)低煤阶烟煤煤样的喉道半径分布范围最宽,最大连通喉道半径及喉道半径平均值均最大;(4)无烟煤煤样的喉道半径分布范围最窄且最大连通喉道半径最小;(5)低、中煤阶烟煤煤样的孔喉比分布存在着单一主峰,并且主峰对应孔喉比相对较小;(6)煤岩渗透率与孔隙度、喉道半径平均值表现出了较好的正相关关系,其与孔喉比平均值呈负相关关系,而与孔隙半径平均值的关系则不明显。

关键词： 孔隙尺度   数字岩石   格子Boltzmann方法   孔渗性质   算法实现  

摘要： 岩心能为储层评价提供基础数据,岩心分析可以获得岩石的骨架性质、孔隙结构和渗流性质等。数字岩石物理是一个理解孔隙尺度流动过程和确定岩石物理性质的有力工具。数字岩石物理使用图像处理技术获取岩石的粒度组成、孔隙度和孔隙大小分布等性质,还可应用计算流体动力学方法模拟孔隙尺度上单相和两相流体的流动,并计算绝对渗透率、毛管力和相对渗透率等性质。数字岩石物理相比实验室岩心分析,可以直观地理解孔隙尺度上流动特征。以流体动力学理论和气体动力学理论为基础,推导了格子Boltzmann方程,使用Chapman-Enskog分析恢复了格子Boltzmann方程对应的宏观方程。应用数字图像处理技术离散了体中心立方体和面中心立方体,并且计算了Berea砂岩子样的粒度组成、孔隙度、孔隙大小分布和孔隙连通性等物理性质。给出了单松弛时间模型和双松弛时间模型的基本算法以及程序实现方式,计算了体中心立方体、面中心立方体和Berea砂岩子样的绝对渗透率。选取Berea砂岩切片为研究对象,应用颜色梯度模型计算了不同毛管数、粘度比和润湿性条件下的相对渗透率。格子Boltzmann方法模拟不可压缩Navier-Stokes方程时,Ma数应该尽可能小。Berea砂岩子样粒度组成均匀,颗粒偏小,属于细砂岩。Berea砂岩子样孔隙大小分布比较均匀,孔隙半径主要集中在10-35μm之间,大约占74.40%,平均孔隙半径为25.252μm。绝对渗透率与数字岩石大小有关,数字岩石越大,绝对渗透率越接近实际值。单松弛时间模型的松弛时间明显地影响绝对渗透率,而松弛时间与流体运动粘度相关,因此流体运动粘度会影响绝对渗透率。双松弛时间模型的魔法参数控制了模型的稳定性和精度,流体运动粘度可以单独调整。非润湿相和润湿相渗透率随毛管数的增大而增大,然而非润湿相渗透率相比润湿相渗透率增加的更加明显。当粘度比比较大时,因为吸附在岩石表面上的润湿相流体较多,所以润湿相流体的相对渗透率会下降。岩石表面从强润湿转变到中间润湿时,非润湿相相对渗透率会明显减小,而润湿相相对渗透率有一定增大。

关键词： 无膜微流体燃料电池   空气自呼吸阴极   孔隙尺度模拟   传质   格子Boltzmann方法  

摘要： 作为面向便携式移动电子设备的微型电源,微型燃料电池是燃料电池技术的重要分支,有重要的科学研究价值和工程应用前景。常规的微型直接液体燃料电池存在水管理困难、质子交换膜降解老化等问题,而无膜微流燃料电池(MMFC)利用微通道内平行层流自然地分隔燃料和氧化剂,去除了质子交换膜及复杂的流场板,已成为微型燃料电池领域新的技术发展方向和关注热点。空气自呼吸MMFC直接利用空气中的氧气消除了阴极侧采用溶解氧作为液态氧化剂引起的传质限制,提升了电池性能。近年来由于新型阳极结构和燃料传质强化,空气自呼吸阴极在高电流密度下会出现传质限制,影响了电池性能的进一步提高。因此有必要研究MMFC空气自呼吸阴极内的物质传输及电化学反应转化过程,揭示其影响规律和作用机制。但现目前MMFC空气自呼吸阴极已有数值模拟研究主要基于宏观模型,将扩散层、催化层等多孔介质简化为均质、各向同性多孔材料,对扩散层和催化层微观结构特征、物质传输和转化过程之间相互影响规律和作用机制尚不明确。针对上述研究不足,本课题针对MMFC空气自呼吸阴极,从介观角度探究各部件内部多组分传输过程和电化学反应相互耦合机制,为空气自呼吸多孔阴极结构设计提供指导性的研究成果。主要内容包括:(1)基于随机数值重构方法建立了扩散层和催化层微观结构的三维模型,通过参数调整控制生成多孔介质的形貌特征,同时预测了传输特性参数。(2)基于重构的催化层微观结构,采用BGK-LBM建立了耦合主流道影响的催化层内单相模型,研究了催化层孔隙率、过电位、各向同性/各向异性、聚合物电解质质量分数、电解液流量、铂载量对氧气传递过程和电化学反应动力学的影响。(3)针对耦合电解液主流道的空气自呼吸阴极内多组分物质传输与电化学反应转化过程,基于Fortran语言自编程开发了LBM模型,解决了大扩散系数比导致的数值不稳定性问题,研究了孔隙率、过电位、电解液流量、各向同性/各向异性扩散层、相对湿度对氧气、水蒸气在孔内、催化界面处、电解液内的扩散以及电化学反应的影响。主要研究成果包括:(1)常用的Bruggeman经验关联式会高估氧气有效扩散系数和有效质子电导率,从而高估空气自呼吸阴极性能。本文拟合D计算值得到公式:D=εD。(2)在催化层中,影响氧气传输的反应速率的主要原因是催化层微观结构的变化导致孔隙大小、聚合物电解质分布、反应位点数量及分布差异。孔隙率增大,传质阻力减小,反应位点数量降低,氧气浓度增大,平均电流密度越大。聚合物电解质质量分数的改变会改变氧气传输阻力和反应位点数量,聚合物电解质质量分数为0.3时,平均电流密度较高。催化剂制备须慎重选择聚合物电解质质量分数,既需要保证足够的反应位点数量,也需要避免因聚合物电解质质量分数过高导致氧气传输过于困难。相比于各向同性和横向排布各向异性,纵向排布各向异性结构的催化层电化学性能较好,因此有序电极开发是下一阶段催化层结构设计的发展方向。电解液流量对氧气传输影响不显著,但提高电解液进口流量会略微降低平均电流密度。当进一步考虑铂颗粒的影响时,缓慢的反应动力学和铂颗粒数量成为了影响电化学性能的主要因素,催化剂制备不能单纯增加或降低铂载量,应同时考虑成本和铂颗粒有效利用率的问题。(3)扩散层微观结构对反应气体的传输有重要影响,孔隙率减小导致传输阻力增大、局部氧气浓度和水蒸气浓度降低,并且复杂的多孔结构会造成局部反应速率不均匀分布。各向异性的扩散层性能优于各向同性。空气中相对湿度增大,扩散层中水蒸气浓度增大,高电流密度时可能发生水蒸气冷凝形成液滴堵塞扩散层孔隙,降低氧气传质速率,因此电池应尽可能运行在较低的相对湿度工况。

关键词： 随机堆积结构   大涡模拟   孔隙尺度   分形维数   幂律火焰褶皱模型   湍流-火焰相互作用  

摘要： 多孔介质燃烧是指采用多孔介质材料取代自由空间,使可燃混合气或燃油蒸汽经固体多孔介质,在类似于过滤情况下发生的燃烧,其广泛存在于自然界和工程实际。多孔介质内湍流燃烧是燃烧学的一个重要分支,由于复杂的多孔介质结构对其内的湍流特性、传热特性、燃烧过程及湍流-火焰间的相互作用等影响很大,多孔介质燃烧与其他燃烧过程存在较大差异。为了深入分析多孔介质内的湍流预混燃烧特性,本文采用与填充型多孔介质实际结构更为接近的随机堆积模型,结合基于大涡模拟方法的湍流模型与燃烧模型,对孔隙尺度下多孔介质内的流动、传热及燃烧过程进行数值模拟研究,本文主要完成的工作如下:首先,采用两种不同的仿真方法建立了与实际随机多孔介质结构相似的几何结构模型。一种方法是通过模拟单元体自由下落、碰撞及堆积过程,得到类似于实际堆积床结构的随机堆积模型;另一种方法是通过模拟发泡剂的随机分布、气核膨胀、气泡破碎以及停止增长过程,得到的类似于真实泡沫陶瓷结构的种子生长模型。由于在生成几何结构过程中,两种方法均是对多孔介质材料实际生产中的主要流程进行仿真,再结合MATLAB软件完成快速批量建模指令,进而实现模型输出,因此上述两种模型与实际多孔介质结构高度相似,均具有鲜明的随机性特征,同时具有生成快速的优势。其次,以随机堆积的几何结构模型为基础,在孔隙尺度下对多孔介质内流体的流动与传热过程进行数值模拟研究。通过模拟结果与实验数据的对比,全面验证了多孔介质结构模型、湍流模型及传热模型的有效性;在此基础上,对模拟结果进行了宏观分析,发现堆积结构内,平均孔隙率和多种流动标量及传热标量,均呈现周期性变化的分布特性,并详述了气体速度、颗粒大小等参数对多孔介质内湍流场和温度场的影响;应用大涡模拟方法（LES）研究了多孔介质局部区域内的流体流动特性及温度分布特性,通过对孔隙尺度下湍流场及温度场的细致分析,探索特征涡旋在多孔介质结构内的空间分布规律,确定了涡旋变化过程的时间尺度范围、等温面形状变化及形状复杂度等特征规律;同时应用雷诺平均方法（RANS）模拟得到同工况下的湍流场及温度场,将其与大涡模拟结果进行对比,讨论了两种方法的差异及其各自的优势。再次,基于上述随机堆积结构模型,将大涡模拟方法与双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型相结合,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内的燃烧过程。通过模拟结果与实验数据的对比验证了模型的有效性;深入分析了多种工况下堆积内的火焰分布、火焰面特性及温度分布规律,讨论了入口速度,燃气当量比和堆积结构等参数对燃烧过程及火焰特性的影响;通过对多孔介质特殊结构内的湍流-火焰相互作用进行定量分析,确定了多种工况下湍流火焰的分区规律。最后,采用球形封闭腔对随机堆积结构进行切割,得到可用于孔隙尺度模拟的几何结构,将大涡模拟方法与幂律火焰褶皱模型相结合,模拟了氢气-空气预混气体在随机多孔介质结构下的封闭空间内的燃烧过程。通过将模拟结果与不同湍流背景下的实验数据进行对比,完整地验证了模型的有效性;同时分析了不同结构内球形火焰的分布情况、火焰面厚度、火焰面传播速度、火焰面半径、火焰面积及火焰面上平均涡量值随时间的变化规律;并基于火焰面上Karlovitz数的分布情况,定量分析了多孔介质内湍流-火焰的相互作用,从而确定了多种结构内的湍流火焰分区规律;将基于幂律火焰褶皱模型的模拟结果与应用EBU-Arrhenius模型得到的结果进行对比,分析了幂律火焰褶皱模型的优势及其必要性。

关键词： 泡沫材料   热辐射   光谱特性   孔尺度   半透明   双尺度耦合  

摘要： 高孔隙开孔泡沫材料是一种轻质的新型高效换热介质,在太阳能高温热利用、电子器件冷却、高效强化换热、高温储热等技术领域具有广泛的应用需求和发展前景。在高温应用中,泡沫材料内的辐射传输规律与特性对系统技术性能起着关键作用。目前对此类过程的复杂热辐射输运机理与特性缺乏深入研究,尚未掌握辐射能量与孔隙结构的细观作用机制,缺乏高温辐射特性数据及可靠的预测方法,从而制约了高孔隙泡沫材料的高温应用与相关新技术的发展。本文针对耐高温高孔隙开孔泡沫材料的孔隙尺度辐射传输问题,开展孔隙结构的参数化仿真重建、孔隙尺度辐射传输数值建模与机理分析、辐射特性参数预测及实验测量、双尺度耦合分析等研究。采用SEM和μ-CT技术获取镍泡沫和氧化铝泡沫的形貌图像及结构特征数据,统计常用的结构表征参数。采用Voronoi元胞模型对这两类泡沫材料进行参数化结构仿真重建,并进一步对泡沫骨架的典型肋筋进行更细致的结构描述。在上述研究基础上,针对基材不透明(金属)和半透明(陶瓷)两类泡沫材料,在几何光学假设下,采用MCRT法,分别建立孔隙尺度辐射传输的模拟方法和辐射特性参数求解模型,编制计算程序,进行可靠性验证。进一步,针对MCRT计算量大的问题,基于空间剖分算法,构造孔隙尺度辐射传输模拟的加速求解技术。基于μ-CT扫描结构,分析镍泡沫板的发射和反射辐射特性的孔隙尺度特征。基于参数化重建的泡沫仿真结构,计算分析材料的衰减系数、散射反照率、散射相函数等介质辐射特性参数,拟合预测关联式;预测镍、铜泡沫材料的高温介质辐射特性。利用FTIR光谱仪,测量镍泡沫的法向-法向透射比;结合积分球,测量镍泡沫的法向-半球透射比/反射比数据;通过测量数据与孔隙尺度模拟结果、关联式预测结果的对比,验证泡沫仿真结构和孔隙尺度辐射传输模拟方法的可靠性。将孔隙尺度辐射传输模拟应用于高温镍泡沫的等效黑体温度分析,并考察连续尺度模拟方法的可靠性。针对基材半透明的泡沫材料的μ-CT扫描结构,模拟分析氧化铝单肋筋和泡沫板的表观辐射特性。基于参数化表征的泡沫仿真结构,从孔隙尺度计算获取介质辐射特性参数、建立预测关联式;基于关联式,预测氧化铝、氧化锆两种陶瓷泡沫的高温介质辐射特性参数。实验测量氧化铝泡沫的法向-法向透射比、法向-半球透射比/反射比数据,验证半透明肋筋泡沫材料辐射传输的孔隙尺度模拟和预测关联式的可靠性。针对高孔隙泡沫材料辐射传输的孔隙尺度模拟计算效率低、而连续尺度模拟无法直接反映孔隙结构依赖性的问题,提出求解基材不透明和半透明泡沫材料辐射传输的双尺度耦合模拟方法。将该模拟方法分别应用于镍泡沫和氧化铝泡沫的辐射传输分析,发现能够在一次模拟中同时获得孔隙尺度和连续尺度的辐射传输信息,并大幅度提高计算效率。通过本文研究,发展了泡沫材料仿真结构的参数化表征方法;建立了半透明肋筋泡沫材料内辐射传输的孔隙尺度分析模型和模拟方法;构建了高效求解金属泡沫与陶瓷泡沫内辐射传输的双尺度耦合模拟方法;预测了镍、铜、氧化铝等典型泡沫材料的高温辐射特性数据;明确了这些泡沫材料辐射特性与其基材辐射性质、孔隙结构参数之间的定量依变关系。上述研究,为深入认识高孔隙泡沫材料的孔隙结构及辐射传输机理、预测泡沫材料的高温辐射特性参数提供了理论基础和分析方法。

关键词： 旋转圆盘电极   杂原子掺杂石墨烯   动力学参数   计算流体力学  

摘要： 氮掺杂的石墨烯本身具有良好的电化学性能,制备的微球结构因具有大比表面积,电催化性能更加优异,作为超级电容器电极材料具有广泛的应用前景。旋转圆盘电极是测量材料电化学本征反应速率的一种常用方法,通过旋转运动产生的强迫对流,可在一定范围内消除浓差极化。然而采用经典电极动力学模型(Koutecky-Levich公式)得到的反应速率仍然受传质过程影响。且氮掺杂的石墨烯微球电极并非传统的平板电极,表面的多级孔隙结构也会形成传质限制,导致本征反应动力特性计算出现极大的偏差。本文针对本征反应动力学特性计算难的问题,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,通过数值模拟传质和反应动力过程之间的竞争,重现电流密度随电压变化的实验曲线,获得更接近本征反应动力学的参数。主要研究内容及工作如下:1.对旋转圆盘电极内部的速度场进行了数值模拟,研究电极的水动力学特性。以旋转圆盘电极中心的轴向速度表征电解液的传质能力,分析电极尺寸和位置对旋转圆盘电极传质效率的影响;并通过对四个无量纲数的讨论,给出了旋转圆盘电极结构设计的优化准则。2.对旋转旋转圆盘电极表面及附近的浓度场进行了数值模拟,研究电极外部传质对电催化性能的影响。基于NS方程建立了包含详细传质过程的电极动力学模型,对电极表面及其周围流体的速度场与组分的浓度场进行了精细化求解。通过重现电流密度随电压变化的实验曲线,获取电极的本征反应动力学参数。进一步,将该值与经典K-L公式获取的反应动力学参数相比较,给出其电压适用范围及反应速率常数的修正方法。3.对多级孔隙结构电极内部浓度场进行了数值模拟,研究电极内部的传质对电催化性能的影响。构建四种理想化的几何模型,以无量纲数Thiele模数表征传质与反应的竞争关系。对Thiele模数在不同结构特征的形式进行了分析,给出了外部多级孔隙结构Thiele模数的改进公式。

关键词： 滑坡   强降雨   优先流   大孔隙   几何形态   分布特征  

摘要： 植被发育斜坡土体中普遍存在大孔隙,在强降雨过程中大孔隙产生的优先流加快降雨入渗,影响斜坡稳定。大孔隙结构影响优先流过程和优先流的水动力特性。为探明植被发育斜坡土体大孔隙结构的多尺度特征,本文在分析土体大孔隙研究进展的基础上,提出适用于研究植被发育斜坡土体大孔隙的试验方法。以云南省段家营、头寨、象冲、东月各、白泥山和贵州八渡滑坡的植被发育斜坡土体为研究对象,采用挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、SEM法定性和定量分析植被发育斜坡土体大孔隙的多尺度几何形态和分布特征。研究表明:挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、内窥镜检查和SEM法适用于分析植被发育斜坡土体的大孔隙结构;植被发育斜坡土体的大孔隙有腐烂根系通道、根-土间隙、动物通道、团聚体间大孔隙、土-石间隙、干缩裂隙和成因不明大孔隙,其中前四种是主要类型;各种大孔隙相互交织组成大孔隙网络系统;受到植物物种、树龄、动物物种、土体生态系统和立地条件的影响,不同类型大孔隙的多尺度几何形态和分布特征不同。将先进技术手段与染色剂溶液降雨模拟示踪试验结合起来,研究大尺度的大孔隙三维几何形态和分布特征是未来的主要工作。

关键词： Petroleum engineering  

摘要： Chemical additives such as surfactants, microemulsions (MEs), and nanofluids are often added to brine to enhance oil recovery or remediate aquifers contaminated by non-aqueous phase liquids (NAPLs). The goal of this fundamental study was to examine the effect of these additives on multiscale oil displacements in six aged sandstones and carbonates (Berea, Bentheimer, Tensleep, Arkose, Edwards, and Fond Du Lac) and identify the test conditions in which chemicals exhibit superior performance. Several mechanisms such as reduction in NAPL/brine interfacial tension (IFT), oil emulsification, reduced NAPL layer thickness, and wettability alteration were responsible for the recovery enhancement. Macroscale tests indicated that the solubilization capacity of MEs was superior in Tensleep compared to Berea and Edwards due to MEs’ unique ability to penetrate microporous dolomites and alter their wettability. This solubilization ability was confirmed by x-ray microtomography experiments with Arkose where MEs were able to restore the wettability of pore surfaces by penetrating rough carbonate cements and desorbing asphaltenes in the form of small emulsified NAPL droplets. The surfactant formulation was further optimized to improve MEs’ ability to enhance NAPL recovery. Four different nonionic surfactants (alkyl glucosides, linear/branched alcohol ethoxylates) were selected to establish structure-function relationships in some of these rocks. The synergistic mixing of alkyl glucosides with alkylphenol ethoxylates exhibited a compact geometrical packing at NAPL/brine interfaces and a complementary effect on IFT reduction and wettability alteration, recovering the largest amounts of NAPL in carbonate-bearing rocks compared to other surfactants. This mixture was then used to prepare a nanofluid composed of microemulsions with in-situ synthesized silica nanoparticles. The microscale NAPL displacements by the nanofluid in Arkose sandstone was examined using a micro-CT scanner integrate

关键词： VOF方法   孔喉网格剖分   相界面追踪   剩余油赋存形状   特高含水期  

摘要： 我国东部油田普遍进入特高含水期,剩余油分布趋于复杂和分散,提高采收率难度不断加大。经典的油藏数值模拟方法基于宏观的渗流理论体系,无法认识微观孔隙对剩余油分布的作用机制。孔隙尺度数值模拟技术,可以反映不同孔隙结构、不同驱替方式下剩余油的微观分布、演变及动用机制,揭示驱油效果的本质,为提高采收率机理研究提供理论基础和技术手段。本文共开展以下研究:(1)在岩心CT扫描图像二值化处理及三维重建基础上,首先提取岩心的三维孔喉空间,对孔喉空间铺设结构化的笛卡尔网格,在孔喉边界采用切削网格贴体处理,精确描述不规则孔喉壁面,实现了实际复杂岩心孔喉空间的网格剖分,建立了孔喉网格模型。(2)通过亚网格内界面重构,提出了基于虚拟流体的油水两相界面张力精确算法,解决了传统VOF方法对表面张力处理时连续界面力(CSF)在高表面张力情形下产生非物理震荡的问题,从而大大提高了油水两相界面张力的计算精度,实现了油水两相流动的精确模拟。(3)开发了基于MPI的跨节点并行处理算法,实现了数值模拟并行计算,大大提高了孔隙尺度油水两相流动模拟的计算效率,在此基础上,编制了前后处理模块,研发了基于VOF的数值模拟软件,适用于油水两相、二维及三维条件下的孔隙尺度数值模拟研究。(4)微观水驱油物理实验与数值模拟相结合,建立了高含水期微观剩余油赋存形状划分标准,通过数值模拟剩余油赋存形状的识别追踪及各种赋存形状剩余油的受力状态的提取,实现了剩余油赋存形状动态演变规律及动用机制定量表征。(5)利用实际岩心的二维平面水驱实验,对数值模拟计算的水驱流动通道、剩余油饱和度、水驱过程中不同赋存形状剩余油的演变规律进行了验证,证实了数值模拟计算结果的可靠性。在此基础上,分析了微观水驱油特征,包括驱油效率变化特征、水驱波及特征、剩余油赋存形状及演变规律、剩余油的受力特征,并基于特高含水期的剩余油分布,分析了提液和转流线两种开发方式下剩余油的分布规律变化及其动用机制。通过本文研究,建立了孔喉网格剖分方法和孔隙尺度油水两相界面追踪方法,搭建了基于VOF的油水两相孔隙尺度数值模拟平台,为特高含水期剩余油分布及动用研究提供了可靠的技术支撑。

关键词： PDMS   微尺度   泡沫   流动特性   多孔介质   影响因素  

摘要： 今后几十年期间石油依然在全球能源组成中占据主导地位,但与此同时在全球范围内还广泛存在着石油采收率较低的问题。因此采用三次采油技术对地层下剩余石油进行进一步合理有效的开发,最大限度地提高石油采收率成为油田开发中后期的重要趋势。三次采油中的泡沫驱方法能大幅提高石油采收率,得到众多研究者的关注,但对于泡沫在孔隙尺度下的渗流特性与机理的认识还不够深入和全面,且目前对多孔介质内泡沫流动进行直接观测的研究鲜有涉及。本文以泡沫流体在多孔介质内的流动过程为研究对象。采用二甲基硅氧烷(PDMS)孔隙模型作为实验段并结合显微可视化技术,探究微尺度下泡沫在孔隙内的流动特性。实现在孔隙尺度下直接观测泡沫流体流动过程的实验条件。通过调节液相与气相的流量。同时,分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响。选用阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(CHNaOS)为起泡剂,得到浓度为0.5wt.%表面活性剂溶液。以高纯N作为实验气体。在液相体积流量Q为0.1mL/min,泡沫质量f为50%0%的范围内进行了实验。分析了泡沫发生器对泡沫流体在孔隙尺度下流动的影响及气泡在孔隙尺度下的生成、破裂、聚并、运移过程的机理。结果表明:泡沫发生器能够减小滞留气泡尺寸,增加气泡数量,增强泡沫对孔隙的封堵能力;卡断和薄膜分裂是两种主要的泡沫生成机理;气泡聚并现象出现的频率较低,且气泡之间相接触的液膜变化是产生气泡聚并的重要原因;多孔介质内的泡沫流动在局部是非稳态的,主要表现为滞留泡沫和流动泡沫状态的转换,其中气泡的再生成以及流动气泡对周围滞留气泡的扰动是导致产生这一变化的重要原因。另外,在有泡沫发生器的实验条件下,通过实验分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响,并得到的结论为:随着泡沫质量f的增加,泡沫对孔隙的封堵性能增强;但在高泡沫质量下,由于流动气泡对滞留气泡的扰动作用,使孔隙内滞留气体饱和度和滞留气体份额有所降低;随着泡沫流体流量的升高,孔隙模型滞留气体饱和度升高,但在高流量下发生气窜现象;与CO泡沫相比,在相同泡沫质量下N泡沫对孔隙模型的封堵效果较好,表现出较窄的滞留气泡尺寸分布,泡沫稳定性较好。在泡沫质量f为500%范围内,高渗透率孔隙模型内的滞留气体饱和度较大,但在泡沫质量大于70%时低渗透率孔隙模型下的滞留气体饱和度较大。泡沫在非均质结构的孔隙模型内流动时具有选择性封堵作用,即优先通过渗透率较高的区域。