数值模拟作业

中国地质大学

研究生课程论文

课程名称数值模拟技术

教师姓名##########

研究生姓名##########

研究生学号·············

研究生专业地质工程

所在院系工程学院

类别: 学术硕士

日期: 2014年11月

评语

注：1、无评阅人签名成绩无效；

2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；

3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。

第一部分：数值模拟技术研究文献综述

一.前言（理解、体会）

近年来，随着中国大规模地进行“西部大开发”和“南水北调”等巨型工程，越来越多的岩土工程难题摆在我们面前，单纯依靠经验显然已不能有效指导工程问题的解决，迫切需要更强有力的分析手段来进行这些问题的研究和分析。自R.W. Clough 上世纪60年代末首次将有限元引入某土石坝的稳定性分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域取得了巨大的进步，并成功解决了许多重大工程问题。特别是个人电脑的普及及计算性能的不断提高，使得分析人员在室内进行岩土工程数值模拟成为可能。在这样的背景下，数值模拟特别是三维数值模拟技术逐渐成为当前中国岩土工程研究和设计的主流方法之一，也使得岩土工程数值模拟技术成为当今高校和科研院所岩土工程专业学生学习的一个热点。

岩土工程数值模拟正是从岩、土体的受力状态出发，来分析和预测岩、土体破坏情况的一种手段。其基本原理是以典型试样的物理试验（室内试验或现场试验）获得的强度来表征整个地质体的岩、土体强度，以边界条件替代地质体周围所受的约束条件，借由本构关系表达岩、土体在外力作用下的应力-应变特性，最终了解、预测岩、土体变形破坏情况。数值模拟技术具有鲜明的时代特征，以计算机为实现平台，是信息化时代的产物。

通过对数值模拟课程的学习，对数值模拟技术有了一定成度的了解，并对FLAC3D软件进行上机学习，初步掌握了一些基本知识。在对数值模拟技术和模拟软件有一定了解的基础上，并结合项目研究的需要，学生在暑假期间对砂土液化变形的数值模拟研究做了较为深入的学习，初步学习了ANASY和FLAC3D等数值模拟软件在重力坝坝基抗滑稳定性研究中的应用。

针对这一阶段的学习，在总结和借鉴前人在重力坝坝基抗滑稳定性模拟研究的基础上，做了如下关于重力坝坝基抗滑稳定性非线性有限元研究的读书报告。

二、读书报告

重力坝坝基抗滑稳定性非线性有限元研究

引言：历来人们都在不断地治理水患、建设水利工程，而重力坝[l]是人类最早使用的一种水坝坝型，其历史可以追溯到公元前2900年的一座高巧米顶长240米的诞生在埃及尼罗河的挡水坝，据历史记载这就是历史上第一座重力坝。从此重力坝一直使用至今，且仍是当今世界水坝中的主要组成部分。概括说来，重力坝具有以下一些优点:(l)相对安全可靠，耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强;(2)坝体抗冲能力好，坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题;(3)断面形状简单，结构作用明确，施工方便，安全可靠;(4)对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高;(5)有丰富的设计建设经验，工作可靠，使用年限长，施工放样、扩建、维护简单。设计、施工技术简单，易于机械化施工，适合于在各种气候条件下修建。综上所述，重力坝以其悠久的历史、稳重的外观、简单的结构、可靠的运行历来博得工程界人士的厚爱。爱者，必使其蓬勃也。近代以来重力坝家族家丁旺盛，在世界各地都能见其踪影，为人类造福绵绵。我国建国初期，全国兴起了修建水库、水电站的热潮[5]。据统计从1949一1985年间，己建成重力坝达58座，占总数的51%。近二十多年以来，国家加快了水利水电尤其大型特大型水利水电开发的速度，同时加大了开发的力度。实行改革开放以后，已具备更大规模开发和利用水资源的条件，如正在兴建的三峡水利枢纽;正在研究的南水北调工程等都是世界一流的大型水利工程。由于设计理论和施工技术的提高，水利工程建筑速度加快，规模增大，200米以上的高坝不断出现。这些水利工程的兴建为人类带来诸多裨益，全国水库在历年的防洪抗洪中都发挥了不可替代的作用。大坝成为祖国河山坚强的卫士，引导温顺祥和之水，驯服柴赘不逊之水，造福人类，功不可没。而这些工程在造福区域人民的同时也潜在地威胁着他们的生命财产安全。由于大坝是挡水建筑物[2]，除坝体自重外，还承受很大的水平推力和扬压力，存在向下游滑动的危险性，而重力坝的稳定性全靠坝体自重来维持，当作用在坝体上的全部荷载对坝基任意可能滑动面的滑动力(即对该滑动面的切向分量)大于其阻滑力时，坝基就要发生剪切破坏或滑动，对大坝安全造成很大威胁。在世界坝工史中，不乏由于坝基滑动而导致大坝失事的实例，据西班牙《公共工程评论》统计的水坝失事原因，地基破坏所占的比例高达40%，1971年英国工程师BiswaS等研究了300多座失事大坝，归纳出因基础问题失事的比率达35%[5]。坝基抗滑稳定性成为关系到大坝安全的关键问题之一。随着水利事业的不断发展，一方面对水的需求越来越紧迫，另一方面有利的坝址大多数已经开发蓄水。因此越来越多的大坝将修建在复杂地质构造的岩基上，而基岩的性质对大坝深层抗滑稳定性的影响巨大，这就使深层抗滑稳定性问题变得尤为重要，设计时必须对坝基深层抗滑稳定性进行验算，以确保大坝的稳定和安全。深层抗滑稳定性研究对人民生命安全及国民经济都有着极大的影响。

坝基滑动破坏的形式有表面滑动和深层滑动两种基本类型[2]。表面滑动即沿坝基混凝土与岩土体接触面发生的滑动破坏，如格莱诺坝的破坏。深层滑动有两种情况:一种是发生在均质坝基的剪切破坏，其滑动面轨迹近弧形;另一种是沿岩土体中的缓倾角夹层或软弱结构面的滑动，如奥斯汀坝就是由于坝基沿建基面以下60cm的粘土页岩夹层发生滑动和破坏。

应用D一P4屈服准则、以塑性屈服区贯通为安全判据、强度折减过程中适当调整弹性模量和泊松比，并考虑不同范围降强、以本文改进的扬压力施加方式考虑水荷载。在此基础上，本章将结合ANsys和ABAQus有限元程序的强大分析功能，对其屈服模式进行扩充，并加以一定的修改，用参数化语言编写适用于重力坝抗滑稳定的强度折减有限元方法计算分析

程序，并结合具体工程实例，即金沙江向家坝的两个典型坝段进行非线性有限元针对重力坝深层抗滑稳定性问题的计算分析，对结果进行多方面综合分析，总结规律，提出需要改进之处。

1基本原理

1.1广义等 K 法计算原理 Sarma法是岩质边坡稳定分析中常用的一种方法，该方法对土条进行斜分条，并假定在底滑面和倾斜界面上均达到极限平衡，据此推导出计算安全系数的公式。将该方法推广到重力坝深层抗滑稳定分析时，一般假设条块界面为垂直面且对穿越混凝土坝体部分的条块界面的黏聚力c和摩擦系数f值取为0。针对重力坝垂直条分的特殊情况，广义等K法的计算公式为：

式中系数κ按下式计算：

1.2分项系数极限状态设计方法电力行业混凝土重力坝设计规范规定使用极限状态表达

式来进行结构和地基的稳定性验算，要求将建筑物抗滑稳定分析从传统的安全系数表达式

改为极限状态表达式，对承载能力极限状态验算的表达式为：

在进行重力坝抗滑稳定分析时，可以将分项系数极限状态方法的式改造为使用安全系数K的表达形式：

对式中的荷载和抗力各项乘上相应的分项系数后，仍可按传统的极限平衡方法和强度折减意义求解安全系数K，即求解满足K值

2ANSYS 工程建模

由于本计算中涉及的软弱结构面较多，表现出很强的非线性特点，因此本文结合ANSYS 和ABAQUS各自的优势进行计算分析，即用ANSYS建模，形成几何模型信息、材料信息以及约束和荷载信息，将这些信息转化为ABAQUS命令流文件，进行ABAQUS非线性有限元计算，并进行后处理。

计算中要建立的数学物理模型应能模拟大坝结构特点、图中所示坝基的地质构造特征和坝基的主要地质结构面，以满足计算成果精度的需要。在建模时应充分反映结构的几何、材料分区和受力等方面的特征。有限元模拟的第一步就是离散化，这部分以ANSYS为平台来完成。划分网格的疏密对结果有一定的影响，网格划分太疏则造成计算精度很低，如果网格剖分的太密，则会造成计算时间成倍增长，但是对计算结果的精度只有很小的影响，因此，需要对有限单元模型进行收敛性研究以确定合适的网格密度。其中对坝体和坝基进行材料分

区，坝基面附近网格较密，以反映材料的突变及大坝在建基面附近的应力集中特点;对于基岩，模拟了不同岩性的岩体，考虑了主要软弱夹层。在本构仿真方面，由于研究重点在于坝基，因此对坝体混凝土采用了弹性模型，对坝基岩体采用弹塑性一断裂模型。在受力仿真方面，按加载路径分别计入初始地应力场、坝体自重、水压力、淤沙压力等作用，以准确反映工程结构受载的物理力学环境和各类荷载的作用效应，初始地应力场仅考虑重力场。

图2-1 重力坝网格图

图2-2 泄洪道坝段网格示意图

3 ABAQUS非线性有限元计算

ABAQUS对初始应力场的模拟一般都是采用生死单元法，即在整体建模之后将坝体部分“杀死”，对坝基部分施加自重作用，以模拟初始自重应力场，计算之后，得到初始应力资料，生成输入文件，将初始应力指定为一科，荷载，然后再“激活”坝体部分，施加所有荷载，继续下面的计算。这样坝基部分存在自重引起的初始应力，而位移为零。其中“杀死”单元并不是删除，而是将这部分单元的劲度矩阵乘以一个很小的系数网，并从总质量矩阵消去单元的质量来体现单元的“死”，同时无活性（压力、热应变等）荷载被设置为零。

图3-1 坝基未折减时竖向位移等值线图

图3-2 坝基未折减时最大主应力等值线图

图3-3 坝基未折减时最小主应力等值线图

图3-4 天然条件下坝基塑性区图

通过分析计算天然状况坝体及坝基的受力状况和塑性区开展情况，发现天然状况下，坝体和坝基变形不大，应力也不大，只在小范围出现拉应力，且数值不大。塑性开展范围不大，大部分位于软弱夹层和坝体与坝基交接面处。这说明在天然状况下，坝基比较安全，满足设计要求。如果按照计算过程中应力和应变不收敛来看，计算出来的安全系数是2.50；如果按照突变的角度来考虑，计算出来的安全系数是2.45。

综上所述，以位移和能量突变以及塑性区贯通为失稳判据得到的安全系数较为接近，以安全起见，可认为在工况I情况下坝体及基岩系统的安全系数为2.45。且整个体系破坏主要为压剪破坏，表现为水坝整体与坝基交界处一直到坝址附近质量较差的岩体，最终从下游处滑出，同时，坝址附近的质量较差的岩体也是危险部位。基岩内部从中间向两边有分离断开的趋势。

4 结论

本文首先详细讨论了目前稳定性计算的方法，指出各种方法的优缺点，然后总结有限元基本理论与分析步骤，分析材料非线性有限元的特点及处理方法，讨论大型商业软件ANSYS 和ABAQUS的应用，通过典型算例研究了其中一些关键问题，包括屈服准则类型、在各种程序中的实现、对结果的影响以及选用依据；安全系数的定义、安全判据的形式和对结果的影响分析；单元类型及网格划分等对有限元分析的影响。最后借助大型工程实例金沙江向家坝，利用以上讨论的成果进行较为系统的深层抗滑稳定性计算分析，考察工程的稳定性、失稳破坏的发展过程及轨迹。

参考文献：

[l]潘家铮.重力坝设计[M]，北京:水利电力出版社，1987.

[2]汝乃华.重力坝[M]，北京:水利电力出版社，1983.

[3]混凝土重力坝设计规范,DL5108一1999中国电力出版社,2000.

[4]陈宪宏.关于岩基混凝土重力坝抗滑稳定的一些问题[J].水力发电学报，V ol.24No.1，Feb.，2005.

[5]陈国立.重力坝深层抗滑稳定基本特点的初步分析[J].

[6]博弈创作室.ANSYS7.0基础教程与实例详解[M」,北京:中国水利水电出版社，2003.

[7]Zienkiew O C，HumPheson C and Lewis R W. Associated and non-Assoeiated Viseo-Plastieity and Plasticity in Soil Machanies [J]. Geoteehnique，1975，25(4):671~689. [8]Sarma，S.K. Stability analysis of embanklllents and slopes [J]. ASCE Journal of the Geoteehnieal Engineering Division. 1979. 105 (12) : 1511~1524.

[9]Junuthula Narasimha Reddy. An Introduetion to Nonlinear Finite Element Analysis[M]. Oxford University Press，2004.

[10]张弘毅，迟道才.重力坝深层抗滑稳定的可靠性分析[J].沈阳农业大学学报，A09期: 51~56.

第二部分：上机实习报告

一、上机实习题目一

计算模型分别如图1、2、3所示，边坡倾角分别为30°、45°、60°，岩土体参数为： 密度ρ＝2500 kg/m 3, 弹性模量E ＝1×108 Pa ，泊松比μ＝0.3，抗拉强度σt ＝0.8×106 Pa ，内聚力C ＝4.2×104 Pa ，摩擦角φ＝17°

试用FLAC 3D 软件建立单位厚度的计算模型，并进行网格剖分，参数赋值，设定合理的边界条件，利用FLAC 3D 软件分别计算不同坡角情况下边坡的稳定性，并进行结果分析。 附换算公式：1 kN/m 3= 100 kg/m 3 剪切弹性模量：)1(2μ+=E G =3.85×107 pa 体积弹性模量：)

21(3μ-=E K =8.33×107 pa

图1 倾角为30°的边坡(单位：m)

图2 倾角为45°的边坡(单位：m)

图3 倾角为60°的边坡(单位：m)

1、代码

工况一：角度为30°的边坡

new

gen zone brick size 50 1 10 p0 (0,0,0) p1 (100,0,0) p2 (0,1,0) p3 (0,0,40) p4 (100,1,0) p5 (0,1,40) &p6 (100,0,40) p7 (100,1,40)

gen zone brick size 30 1 5 p0 (40,0,40) p1 (100,0,40) p2 (40,1,40) p3 (74.64,0,60) p4 (100,1,40) p5 (74.64,1,60) p6 (100,0,60) p7 (100,1,60)

model elas

prop bulk 3e9 shear 1e9 density 2500

set grav 0, 0, -9.81

fix x range x -0.1 0.1

fix x range x 99.9 100.1

fix y

fix z range z -0.1 0.1

solve

ini xdisp 0 ydisp 0 zdisp 0

ini xvel 0 yvel 0 zvel 0

model mohr

prop bulk 8.3e7 shear 3.8e7 fric 17

prop coh 4.2e4 tens 8e5

solve fos associated

save slope30.sav

工况二：角度为45°的边坡

new

gen zone brick size 50 1 10 p0 (0,0,0) p1 (100,0,0) p2 (0,1,0) p3 (0,0,40)

gen zone brick size 30 1 5 p0 (40,0,40) p1 (100,0,40) p2 (40,1,40) p3 (60,0,60) p4 (100,1,40) p5 (60,1,60) p6 (100,0,60) p7 (100,1,60)

model elas

prop bulk 3e9 shear 1e9 density 2500

set grav 0, 0, -9.81

fix x range x -0.1 0.1

fix x range x 99.9 100.1

fix y

fix z range z -0.1 0.1

solve

ini xdisp 0 ydisp 0 zdisp 0

ini xvel 0 yvel 0 zvel 0

model mohr

prop bulk 8.3e7 shear 3.8e7 fric 17

prop coh 4.2e4 tens 8e5

solve fos associated

save slope45.sav

工况三：角度为60°的边坡

new

gen zone brick size 50 1 10 p0 (0,0,0) p1 (100,0,0) p2 (0,1,0) p3 (0,0,40)

gen zone brick size 30 1 5 p0 (40,0,40) p1 (100,0,40) p2 (40,1,40) p3 (51.55,0,60) p4 (100,1,40) p5 (51.55,1,60) p6 (100,0,60) p7 (100,1,60)

model elas

prop bulk 3e9 shear 1e9 density 2500

set grav 0, 0, -9.81

fix x range x -0.1 0.1

fix x range x 99.9 100.1

fix y

fix z range z -0.1 0.1

solve

ini xdisp 0 ydisp 0 zdisp 0

ini xvel 0 yvel 0 zvel 0

model mohr

prop bulk 8.3e7 shear 3.8e7 fric 17

prop coh 4.2e4 tens 8e5

ini dens 2500

solve fos file slope60.sav associated

2、计算结果图

2.1建模模型

图4 30°的斜坡计算模型

图5 45°的斜坡网格剖分

图6 60°的斜坡网格剖分2.2各个角度斜坡主应力云图

图7 30o斜坡最大主应力

图8 30o斜坡最小主应力

图9 45o斜坡最大主应力

图10 45o斜坡最小主应力

图11 60o斜坡最大主应力

图12 60o斜坡最小主应力

对于FLAC，主应力中负值表示压应力，正值表示拉应力。从图7-图12可以看出，从边坡坡面往坡体内沿深度方向主应力量值逐渐增大，最大及最小主应力量等值线总体平行，在模型底部以高压应力为主，模型上部以低压应力为主，坡面后部上局部地段存在拉应力作用，且随着坡角的增大拉应力的作用范围越大，越靠近坡面，值越大，说明坡角越大边坡越易产生由拉力引起的滑动。

2.3各个角度斜坡剪应变增量云图

图13 30°的斜坡剪应变增量云图

图14 45°的斜坡剪应变增量云图

图15 60°的斜坡剪应变增量云图

从图13-图15可以看出，剪应变增量在边坡内部较大，呈圆弧状，且剪应变较大的区域呈贯通状态，表明边坡具有滑动的可能性，且可能在坡脚处剪出。随着坡角的增大，剪应变越大，表明坡角越大边坡越不稳定。

2.4各个角度斜坡总位移云图

图16 30°的斜坡总位移云图

图17 45°的斜坡总位移云图

图18 60°的斜坡总位移云图

由图16-图18可知，滑坡的位移主要发生在坡面并延伸到坡里呈圆弧状，在坡脚处位移量要大于其他位置，表明边坡有滑动的可能性且坡脚处最先滑动。随着坡角增大，最大位移量增大，表明坡角越大边坡越易滑动。

FLAC3D采用强度折减法求解边坡的安全系数，即定义安全系数为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。（FLAC3D中所述安全系数实际为稳定性系数。）

基于FLAC3D强度折减法求解的三个不同坡度斜坡的稳定性系数见下表：

表1 不同角度斜坡稳定性系数

由表1当坡角为30°时，斜坡是稳定的，变形主要发生在斜坡内部，临空处未发生大

的变形。随着坡角的增大，斜坡坡面处变形增大，并向坡顶扩展，而变形区域却向临空面缩小。由计算出的稳定性系数可以看出，坡角越大斜坡越不稳定。

综上所述，采用FLAC3D 进行边坡稳定性分析可以取得较好的效果。通过应变云图、位移云图等可以有效地判断边坡潜在滑动面的位置，并能直观地得到边坡中不同位置的变形值，这有助于我们进一步深入分析边坡的稳定问题。且用FLAC3D 分析得到的边坡安全系数与用常规的极限平衡法得到的安全系数是较为吻合的，这说明FLAC3D 确实是一种分析边坡稳定性的行之有效的手段。

二、上机实习题目二

边坡开挖，参数与习题一相同

图19 边坡开挖示图 分六块区域建立模型，如图20所示：

图20 建模示意图

程序如下：

new

gen zone brick size 100 1 20 p0 (0,0,0) p1 (100,0,0) p2 (0,1,0) p3 (0,0,40) group 基底

gen zone brick size 57 1 10 p0 (43,0,40) p1 (100,0,40) p2 (43,1,40) p3 (63,0,60) p4 (100,1,40) p5 (63,1,60) p6 (100,0,60) p7 (100,1,60) group 基底

gen zone brick size 3 1 5 p0 (40,0,40) p1 (43,0,40) p2 (40,1,40) p3 (50,0,50) p4 (43,1,40) p5

数值模拟培训

数值模拟培训讲义 ---- Eclipse 软件应用部分 第一部分: 数值模拟用数据资料准备 第二部分Eclipse简介及建模步骤 第三部分:地质建模及前处理模块GRID的使用第四部分:数值模拟计算结果分析及后处理部分 石油大学（北京）油藏数值模拟组 2003年10月16日

第一部分数值模拟用数据资料准备在进行数值模拟之前，需要收集一些相关的数据，以便为后面的数值模拟作准备，这些资料总体来讲可以分为两大部分，一是静态资料，二是动态资料。为方便数值模拟操作人员更好更全的收集这些资料，下面将这些必要的资料作一总结如下： （一）静态资料 1. 小层数据表或等值线图[包括砂层厚度、有效厚度（或净毛比）、顶部深度、孔隙度、渗透率等]； 2. 地质储量及地层、油藏特点的总结报告； 3. 油、气、水高压物性PVT数据； 4. 油水、油气相渗曲线数据和毛管压力曲线数据； 5. 原始地层压力、温度、压力系数数据； 6. 油、气、水分布（原始饱和度）或压力分布或油水界面和油气界面； 7. 井位分布图； 8. 流体和岩石化验分析报告； （二）动态资料 1. 射孔完井报告； 2. 井史报告、压裂等措施； 3. 系统测压资料； 4. 试油、试井和试采资料（压力恢复曲线）； 6. 油水井别，调整井位示意图； 7. 油井生产（水井注水）数据报表： 日产油、日产液、日产气、综合含水、压力 累积产油（气、水、液） 日注水、累积注水 8. 区块综合生产数据统计报表： 日产油（水、气、液）、采出程度、综合含水 累积产油（气、水、液） 日注水、累积注水

第二部分Eclipse简介及建模步骤 一、Eclipse简介 Eclpise是斯伦贝谢公司开发的一套数值模拟软件，它界面好，图形输出功能强大，可输出两维和三维视图，并可以进行角度变换，能够很好处理断层，并能半自动进行敏感性分析。 Eclpise不仅为各种各样的油藏和各种复杂程度（构造、地质、流体、开发方案）的油藏提供了准确、计算快速的多项选择，而且还提供了全隐式、IMPES、AIM 和IMPSAT求解方法，可以在任何工作平台上运行，包括UNIX和PC等，并能够完成在多个处理器上的大型并行计算。 二、Eclipse建模步骤及基本数据 为了熟悉用Eclipse建立地质模型的基本步骤，在这一部分中以一个一维均质等厚各向同性井组为例作一介绍。模拟井组基本情况如下： 模拟区块面积为1040m*560m，网格结点882个(21*21*2)，有效厚度和顶部深度通过文件输入，两个层的X方向渗透率和Y方向渗透率分别为1.25md和2.5md，Z方向渗透率为0.1md，孔隙度分别为0.12和0.15，井网井位如下图所示：

油藏数值模拟

名词解释 油藏模拟油藏数值模拟数学模拟物理模型数值模型质量守恒定律适定问题初始条件黑油模型组分模型网格节点块中心网格点中心网格离散化有限差分法显示差分 隐式差分前差分后差分中心差分点交替排列格式交替对角排列格式标准排列格式 对角排列格式隐式差分格式差分方程稳定性截断误差松弛法IMPES方法历史拟合 动态预测灵敏度实验 选择题 由于油藏各点的渗透率不同，束缚水饱和度不同，因而需要对相对渗透率曲线进行归一化处理 以X方向为例，传导系数为 块中心网格是用（）来表示小块坐标的 A网格块中心B节点C网格块边缘D网格块夹角 下述表达式表示定产量内边界条件的是 认识油田的主要方法有直接观察法和模拟法 相对渗透率取值一般取上游权的处理方法 IMPES方法是（）的求解方法 A隐式压力B隐式饱和度C全隐式 历史拟合在含水拟合时主要是对（）的修改 A孔隙度B相对渗透率曲线C渗透率D地层厚度 在隐式差分格式中，有多个未知数，当已知第n时刻的值P i n时，为了求出第n+1时刻的P i n+1，需要（） A解n个方程B解一个线性代数方程组C直接求解D解一个方程 根据每一组分的质量守恒建立的渗流数学模型称为（）模型 A热采B化学驱C黑油D组分 一维径向模拟时r=10cm，r=40cm，那么可以推断r s的大小是 A120 B200 C400D 640 下列哪一种方法不属于迭代求解方法 A雅克比法B超松弛法CLU分解法D交替方向隐式法 对于二位6*4网络系统，如果按行标准排列，气半带宽W= A6 B4 C12 D8 克兰克?尼克森差分格式的截断误差为（） 块中心网格和点中心网格的差分方程相比较，结果（） A一样的B有半个网格的误差C相差流动项系数D维数不同 三．判断题2分*10 1.黑油模型中水相与其他两相不发生质量转移，气可以从油中出入，但不能汽化液相 2.离散化的核心是把整体分为若干单元来处理，它是油藏对象的空间离散 3.显式差分格式是有条件收敛的 4.差分方程组的直接解法的特点是计算工作量小，精确度较高，计算程序简单 5.差分方程组的迭代解法主要用于处理系数矩阵阶数较高的问题 6.相对渗透率取值一般取上游权的处理方法 7.油藏模拟的基础在于油藏描述和生产动态，若油层参数和生产数据不准确，通过数值模 拟的算法也可以消除 8.显示差分格式的稳定条件是△t/△x2≤0.5 9.有限差分法就是用差商来代替微商

CFX的流场精确数值模拟教程

基于CFX的离心泵 内部流场数值模拟基于CFX的离心泵内部流场数值模拟 随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用 CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX 使用的基本过程加以整理供初学者参考。如有不对之处敬请指教。 、CFX数值计算的完整流程 、基于ICEM CFD勺离心泵网格划分 2.1导入几何模型 2.2修整模型 2.3创建实体 2.4仓U建PRAT 2.5设置全局参数 2.6划分网格 2.7检查网格质量并光顺网格2.8导出网格—选择求解器2.9导出网格 、CFX-Pre设置过程 3.1基本步骤 3.2新建文件

3.3导入网格 3.4定义模拟类型3.5创建计算域3.6指定边界条件3.7建立交界面

3.8定义求解控制 3.9定义输出控制 3.10写求解器输入文件 3.11定义运行 3.12计算过程 四、CFX-Post 后处理 4.1计算泵的扬程和效率 4.2云图 4.3矢量图 4.4流线图 2.1导入几何模型 在ICEMCFD软件界面内，单击File宀Imort Geometry^STEP/IGES（—般将离心泵装配文件保存成STEP格式）， 将离心泵造型导入I C E M如图3所示。 图3导入几何模型界面

2.2 修整模型 单击Geometry^Repair Geometry 宀Build Topology，设置Tolerenee，然后单击Apply，如图 4 所示。拓扑 分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：gree n =自由边，yellow =单边，red =双边，blue =多边，线条 颜色显示的开/关Model tree T Geometry T Curves T Color by cou nt,Red curves 表示面之间的间隙在容差之 内，这是需要的物理模型, N41 f !孕ECHH 匚丁E> !1 Z-和-1 ：z? ...... ....................... 兰直卤* 百曲gw 卜宀-im * Q涕曲空JIT^J 厂社tt-sfri- Piwpe^ifl-5 CorFklr air^ i Cphcri s Quip^jr 匸* JO 匸叭和皈X XWM X ■an. y% wn- Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。 亠 图4修整模型界面 2-3 创建实体单击Geometry^Creade Body,详细过程如图5所示。

油藏数值模拟学习心得

通过了几节课的“油藏数值模拟课”的学习，我知道了“油藏数值模拟”是应用计算机研究油气藏中多相流体渗流规律的数值计算方法,它能够解决油气藏开发过程中难以解析求解的极为复杂的渗流及工程问题,是评价和优化油气藏开发方案的有力工具。它主要是让我们石油石油工程专业的学生掌握一些基本的油藏数值模拟技术和技巧,学习基本的油藏渗流数学模型及其解法、计算方法和应用方法,培养我们用计算机解决油藏开发问题的能力。 “油藏数值模拟”涉及的学科较多,利用数学知识和计算机知识较多,我认为是非常难的。虽然教师教的很认真也很耐心，我仍然不能跟着老师的节奏。因为一开始就知道这个软件很有实际应用价值，所以我也就特别的想好好的学习它。可惜现在我面临着考研这座大山，我实在是没有充分的时间课下来好好的温习与研究老师上课所讲的东西。很遗憾，后来老师讲的东西我有些就不会了。好在前三四节课讲的内容还学会了，学会了模拟三层的油层概况。也许这点知识对我以后的再次学习会有不错的基础作用吧！总之还是很感谢老师的耐心教导。 在学习的过程中，我觉得油藏原始参数，如渗透率、孔隙度等的收集，以及油藏原始数据是否齐全准确非常重要，尤其是一开始填date时的单位的选择，这些都关系到数值模拟的效果。如果原始资料很少，数值模拟的效果就不可能好。数值模拟方法越复杂，所需的原始资料也越多。收集资料时，如发现必需的资料不够或不准确，应采取补救措施。通常要求准备的参数包括：①油藏地质参数。产层构造图，油、气、水分布图，油层厚度、孔隙度、渗透率、原始含油饱和度的等值图等。②流体物理性质参数。地面性质和地层状态下的物性数据，原始压力和地层温度数据，对凝析气田还需要相图和相平衡的资料。③专项岩心分析资料。油水相渗透率曲线，油气相渗透率曲线，油层润湿性，吸入和排驱毛细管压力曲线；对碳酸盐岩孔隙裂缝双重介质储层，还需渗吸曲线。④单井和分层分区的生产数据和有关测试资料。⑤油田建设和经济分析的有关数据。 将收集的油藏地质资料进行系统整理后，要将油藏的地质特征模式化，以充分反映油藏的构造特征和沉积特征，如油层物理性质参数的分布、油气水的分布、油气水在地面和地下的性质、驱油动力、压力系统和地温梯度等。油藏地质模型是否符合实际情况，直接影响数值模拟成果的准确性。 由于人们对油田实际地质条件的认识有一定的限度，计算时所用的参数也就有一定的局限性，因此，第一次模拟计算的结果，如压力、产量、气油比、含水率等与油田实际生产状况常有较大的出入。必须进行分析，修改相关的计算参数，重新进行计算。通常，经过多次修改可使计算结果与实际生产历史基本相符，误差在允许范围以内。从工程应用的角度看，可认为此时所应用的计算参数，反映了油田地下的实际状况，使用这些参数来计算和预测油田未来的动态，能够达到较高的精度。在油田开采过程中这类历史拟合要进行多次，使油田的模型逐步更接近实际而得到更适用的结果。

CFX的流场精确数值模拟教程.pdf

基于CFX的离心泵内部流场数值模拟 基于CFX的离心泵内部流场数值模拟 随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。如有不对之处敬请指教。 一、 CFX数值计算的完整流程 二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分 2.1 导入几何模型 2.2 修整模型 2.3 创建实体 2.4 创建PRAT 2.5 设置全局参数 2.6 划分网格 2.7 检查网格质量并光顺网格 2.8 导出网格－选择求解器 2.9 导出网格 三、CFX-Pre 设置过程 3.1 基本步骤 3.2 新建文件 3.3 导入网格 3.4 定义模拟类型 3.5 创建计算域 3.6 指定边界条件 3.7 建立交界面 3.8 定义求解控制

3.10 写求解器输入文件 3.11 定义运行 3.12 计算过程 四、 CFX-Post后处理 4.1 计算泵的扬程和效率 4.2 云图 4.3 矢量图 4.4 流线图 2.1 导入几何模型 在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。 图3 导入几何模型界面 2.2 修整模型 单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边， yellow = 单边，red = 双边， blue =多边，线条

油藏数值模拟方法

第一章油藏数值模拟方法分析 油藏数值模拟 油藏数值模拟简述 油藏数值模拟是根据油气藏地质及开发实际情况，通过建立描述油气藏中流体渗流规律 的数学模型，并利用计算机求得数值解来研究其运动变化规律。其实质就是利用数学、地质、物理、计算机等理论方法技术对实际油藏的复制。其基础理论是基于达西渗流定律。 油藏数值模拟就是利用建立起的数学模型来展现真实油藏动态，同时采用流体力学来模 拟实际的油田开采的一个过程。基本原理是把生产或注人动态作为确定值，通过调整模型的不确定因素使计算的确定值（生产动态）与实际吻合。其数学模型，是通过一组方程组，在一定假设条件下，描述油藏真实的物理过程。充分考虑了油藏构造形态、断层位置、油砂体分布、油藏孔隙度、渗透率、饱和度和流体PVT性质的变化等因素。这组流动方程组由运动方程、状态方程和连续方程所组成。油藏数值模拟是以应用数学模型为基础的用来再现油田实际生产动态的过程。具体是综合运用地震，地质、油藏工程、测井等方法，通过渗流力学，借助大型计算机为介质条件建立三维底层模型参数场中，对数学方程求解重现油田生产历史，解决实际问题。 油藏数值模拟技术从50年代的提出到90年代间历经40年的发展，日益成熟。现在进入另外一个发展周期。近十年油藏数值模拟为油田开发研究和解决实际决策问题提供强有力的支持。在油田开发好坏的衡量、投资预测及油田开发方案的优选、评价采收指标等应用 非常广泛。 油藏数值模拟功能包括两大部分：①复杂渗流力学研究，②实际油气藏开发过程整体模 拟研究，且可重复、周期短、费用低。

图1油藏数值模拟流程图 油藏数值模拟的类型 油藏数值模拟类型的划分方法有多种， 划分时最常用的标准是油藏类型、 需要模拟的油 藏流体类型和目标油藏中发生的开采过程， 也可以根据油气藏特性及开发时需要处理的各种 各样的复杂问题而设定， 油气藏特性和油气性质不同， 选择的模型也不同， 还可以根据油藏 数值模拟模型所使用的坐标系、空间维数和相态数来划分。 以油藏和流体类型来划分，其模型有：气体模型、黑油模型和组分模型； 以开采过程来 划分，其模型包括：常规油藏、化学驱、热采和混合驱模型。 以油藏和流体描述为基础的油藏模型分为两类：黑油模型和组分模型。 （1） 黑油模型，是常规油田开发应用的油藏数值模型，用于开采过程中，对油藏 流体组分变化不敏感的情况， 是最完善、最成熟的。黑油模型假设质量转移完全取决于 压力变化，适应于油质比较重的油藏类型，在这些模型中，流体性质 E O 、B g 、R S 决定PVT 的 变化，如普通稠油及中质油的油气藏。 （2） 组分模型，应用于开采过程中对组分变化敏感的情况。这些情况包括：挥发性油 藏和凝析气藏的一次衰竭采油阶段， 用组分模型进行模拟。在组分模型中，适用于油质比较轻、气体组分比较高的油气藏， 使用 数据化 流体的PVT 数据、相 渗曲线、岩石数据 建立地质模型 建立网格 参数场 表格数据 油水井产量、井史 数据 T 动态模拟 含油边界拟合 非井点地质静态参数拟合 区块、单井压力拟合 生产指数拟合 以及压力保持阶段。同时，多次接触混相过程通常也采

数值模拟

数值模拟：利用一组控制方程来描述一个过程的基本参数变化关系，采用数值计算的方法求解，以求得该过程的定量认识，及对过程进行动态模拟分析，在此基础上判断工艺或方案的优劣，预测缺陷，优化工艺等 数值模拟的作用：（1）优化工艺设计，使工艺参数达到最佳，提高产品的质量 （2）可在较短的时间内，对多种工艺方案进行检测，缩短产品的开发周期 （3）在计算机上进行工艺模拟实验，降低产品的开发费用和对资源的消耗 数值模拟的地位：是材料成型领域CAD的重要内容，也是先进制造技术———虚拟化，敏捷花，绿色化生产，并行工程的重要基础 发展趋势：（1）研究发展高质量的数值模拟系统依赖于对成型机理的深入探讨，建立高质量的数学物理模型 （2）改善计算方法，寻找合理而有效的计算方法 （3）研究高度集成的数值模拟软件系统 （4）高质量，高效率的高度集成数值模拟系统是并行工程的可靠而有效的保证 数值模拟的重要内容包括：前处理模拟分析计算后处理三部分 前处理任务：为数值模拟准备个初始的环境及对象 前处理模块：是材料成型过程数值模拟系统的重要组成部分，是对材料成型过程进行准确模拟，分析的前提和基础，其性能的好坏直接影响到整个系统的实用性及计算的准确性 前处理模拟包括：实体造型，网格剖分 数值模拟的数值方法：有限元法，有限差分法 自动剖分网格软件采用技术：三维有限元网格剖分技术，有限差分网格剖分技术 模拟分析计算包括：宏观模拟，微观组织模拟及缺陷模拟，多种物理场的耦合计算 宏观模拟目的：模拟材料成型过程中材料形状，轮廓，尺寸及宏观缺陷的演变过程及结果 微观组织模拟及缺陷模拟：模拟材料成型过程中材料组织及微观尺寸缺陷的演变过程及结果 STL文件：通过对CAD实体模型或曲面模拟进行三角化离散得到的，相当于用一种全由小三角形面片构成的多面体近似原CAD模型（两种格式：ASC∏码，二进制格式） 有限差分法：用差商来代替微商，相应的就用微分方程变为差分方程 优点：对于具有规则的几何特征和均匀的材料特性问题，计算程序设计和计算过程简单，收敛性好 缺点：局限于规则的差分网格，差分只考虑了节点的作用，而忽略了把节点连接起来的单元

数值模拟知识

双孔双渗，就是模型中有基质和裂缝两种孔隙体积，基质孔隙是主要的储油空间，裂缝是主要的流动通道，基质和裂缝都有孔隙体积和渗透率，所以叫双孔双渗。 什么是重启计算？ 历史拟合结束后需要进行产量预测，在进行产量预测计算时，不需要再从历史拟合开始时进行计算，可以直接从历史拟合结束的时间接着往下算。这种应用上一次计算的输出作为下一次计算的初始输入计算就叫重启计算。 要进行重启计算，首先要定义重启时间步的输出。可以用RPTRST来定义输出每时间步，每月，每年或每隔几月几年重启时间步文件。如果采用多文件格式输出，则文件后缀为：.X0000, .X0001等，如果是单文件输出，则输出文件为.UNRST. 重启文件记录了每时间步模型压力分布，饱和度分布，溶解油气比分布，同时也记录所有井的井位，射孔位置，产量控制。不过重启文件没有记录垂直管流表（VFP表），所以在应用垂直管流表时要记住重启时需加上垂直管流表。 ECLIPSE有两种重启计算方法，快速重启和完全重启。 快速重启不需要重新处理RUNSPEC,GRID,EDIT,PROPS和REGIONS部分，如果在历史拟合计算时设了SAVE关键字，这些部分将保存在输出的SAVE文件中，这样在重启计算时不用再计算传导率。 完全重启需要重新处理RUNSPEC,GRID,EDIT,PROPS和REGIONS部分，要重新计算传导率。 完全重启步骤： 在历史拟合部分用RPTRST要求输出重启文件。 在PRT文件中检查重启时间对应的重启文件步。 将历史拟合文件拷贝为重启文件。 删掉SOLUTION部分中的EQUIL和水体部分，用RESTART关键字设重启。 在SCHEDULE部分用SKIPREST或删掉所有历史拟合时间步。 如果有VFP表，要保留VFP表。 增加新时间步进行预测计算。 快速重启步骤： 在历史拟合部分用SAVE和RPTRST要求输出SAVE文件和重启文件。 将历史拟合文件拷贝为重启文件。 删掉所有SUMMARY以前部分。 用LOAD关键字装载SAVE文件。 用RESTART设重启时间。

油藏数值模拟入门指南

[转]【推荐】油藏数值模拟入门指南 尝试写一写油藏数值模拟入门指南，希望对那些刚刚开始进入油藏数值模拟领域的工作者有所帮助。 第一：从掌握一套商业软件入手。 我给所有预从事油藏数值模拟领域工作的人员第一个建议是先从学一套商业数值模拟软件开始。起点越高越好，也就是说软件功能越强越庞大越好。现在在市场上流通的ECLIPSE,VIP 和CMG都可以。如果先学小软件容易走弯路。有时候掌握一套小软件后再学商业软件会有心里障碍。 对于软件的学习，当然如果能参加软件培训最好。如果没有机会参加培训，这时候你就需要从软件安装时附带的练习做起。油藏数值模拟软件通常分为主模型，数模前处理和数模后处理。主模型是数模的模拟器，即计算部分。这部分是最重要的部分也是最难掌握的部分。它可以细分为黑油模拟器，组分模拟气，热采模拟器，流线法模拟器等。数模前处理是一些为主模拟器做数据准备的模块。比如准备油田的构造模型，属性模型，流体的PVT参数，岩石的相渗曲线和毛管压力参数，油田的生产数据等。数模后处理是显示模拟计算结果以及进行结果分析。 以ECLIPSE软件为例，ECLIPSE100,ECLIPSE300和FrontSim是主模拟器。ECLISPE100是对黑油模型进行计算，ECLISPE300是对组分模型和热采模拟进行计算，FrontSim是流线法模拟器。前处理模块有Flogrid,PVTi,SCAL,Schedule,VFPi等。Flogrid用于为数值模拟建立模拟模型，包括油田构造模型和属性模型；PVTi用于为模拟准备流体的PVT参数,对于黑油模型，主要是流体的属性随地层压力的变化关系表，对于组分模型是状态方程；SCAL为模型准备岩石的相渗曲线和毛管压力输入参数；Schedule处理油田的生产数据，输出ECLIPSE 需要的数据格式（关键字）；VFPi是生成井的垂直管流曲线表，用于模拟井筒管流。ECLIPSE OFFICE和FLOVIZ是后处理模块，进行计算曲线和三维场数据显示和分析，ECLIPSE OFFICE同时也是ECLIPSE的集成平台。 对于初学者，不但要学主模型，也需要学前后处理。对于ECLISPE的初学者，应该先从ECLISPE OFFICE学起，把ECLISPE OFFICE的安装练习做完。然后再去学Flogrid，Schedule 和SCAL。PVTi主要用于组分模型，做黑油模型可以不用。 第二：做油藏数值模拟都需要准备什么参数 在照着软件提供的安装例子做练习时经常遇到的问题是：虽然一步一步按照手册的说明做，但做的时候不明白每一步在做什么，为什么要这么做。这时候的重点在于你要知道你一开始做的工作都是为数值模拟计算提供满足软件格式要求的基础参数。有了这些基础参数你才能开始进行模拟计算。这些基础参数包括以下几个部分： 1。模拟工作的基本信息：设定是进行黑油模拟，还是热采或组分模拟；模拟采用的单位制（米制或英制）；模拟模型大小（你的模型在X,Y,Z三方向的网格数）；模拟模型网格类型（角点网格，矩形网格，径向网格或非结构性网格）；模拟油藏的流体信息（是油，气，水三相还是油水或气水两相，还可以是油或气或水单相，有没有溶解气和挥发油等）;模拟油田投入开发的时间；模拟有没有应用到一些特殊功能（局部网格加密，三次采油，端点标定，多段井等）；模拟计算的解法（全隐式，隐压显饱或自适应）。 2。油藏模型：模型在X,Y,Z三方向的网格尺寸大小，每个网格的顶面深度，厚度，孔隙度，渗透率，净厚度（或净毛比）。网格是死网格还是活网格。断层走向和断层传导率。

汽车外流场的数值模拟

汽车外流场的数值模拟 宁燕，辛喆 中国农业大学， 北京 （100083） E-mail ：rn063@https://www.wendangku.net/doc/1b3222949.html, 摘 要：利用CFD 方法，运用FLUENT 软件对斜背式车型的外流场进行了数值模拟，并对结果进行了处理与分析。研究了车身周围涡系的三维结构和车身表面分离流的情况，表明由于车身前后的压力差和主流的拖拽作用等，在汽车尾部形成了极其复杂的涡系。 关键词：汽车空气动力学；CFD ；车身外流场；FLUENT 1. 引 言 汽车空气动力学的研究主要有两种方法[1]：一种是进行风洞实验，另一种是利用计算流体动力学（CFD ）技术进行数值模拟。传统的汽车空气动力学研究是在风洞中进行实验，存在着费用昂贵、开发周期长等问题。另外，在风洞实验时，只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整车流场中任意点的详细信息。 随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽车外流场的计算机数值仿真由于其具有可再现性、周期短以及低成本等优越性而成为研究汽车空气动力学性能的另一种有效方法。 2. 控制方程和湍流模型 汽车外流场一般为定常、等温和不可压缩三维流场，由于外形复杂易引起分离，所以应按湍流处理。汽车外流场的时均控制方程式[2]如下：3,2,1,=j i ；z x y x x x ===321,,；，： u u =1w u v u ==32,平均连续方程：0=??i i x u 平均动量方程：??? ???????????????+????+???=??i j j i eff j j j i j x u x u x x p x u u μρ κ方程 ρεκσμμκρκ?+??????????+??=??G x x x u j t j j j )( ε方程 κερκεεσμμερε221)(C G C x x x u j t j j j ?+??????? ???+??=?? -1-

油藏数值模拟目的

数值模拟的目的 (一)、为什么开展油藏数值模拟工作 研究和开发一个油田是一个复杂的综合性的科技问题，高精度的地震资料的处理解释提供研究区域的构造、断层、边界及其走向，但地震纵向分辨率受到限制，不能很好的反映一个同相轴(地震道) 中沉积砂体的物性变化特征；测井可较好的反映到小于1米以下沉积砂体的物性特征，提供可靠的地层对比结果。但作为新老油田开发方案的研究及剩余油分布的研究，是地震、地质、测井理论方法都无法做到的。地质上仅定性或半定量分析，测井用于生产监测不能以点带面。惟独油藏数值模拟工作可再现生产历史，定量分析剩余油潜力；并做到室内研究投入少、时间短，还可进行开发方案优选及经济评价工作。所以总公司强调开发方案的部署一定要开展数值模拟工作。值得强调的是油藏数值模拟工作提倡一体化，注重前期的地震解释和测井解释即油藏描述工作。 (二)、油藏数值模拟的目的 在进行油藏数值模拟工作前，首先应根据油田开发过程中存在难以解决的实际问题，提出开展此项工作的目的及意义，即最终所要达到解决问题的目标是什么？一般通过油藏数值模拟可进行以下研究工作： 1. 初期开发方案的模拟 1) .评价开发方式；如：枯竭开采、注水开发等。 2) .选择合理井网、开发层系、确定井位； 3) .选择合理的注采方式、注采比； 4) .对油藏和流体性质敏感性研究。 2. 对已开发油田历史模拟 1) . 核实地质储量，确定基本的驱替机理(如：是天然驱，还是注水开发。)； 2) .确定产液量和生产周期； 3) .确定油藏和流体特性； 4) .提出问题、潜力所在区域。 3. 动态预测 1) .开发指标预测及经济评价 2) .评价提高采收率的方法(如：一次采油、注水、注气、化学驱等) 3) . 剩余油饱和度分布规律的研究,再现生产历史动态诸如：研究剩余油饱和度分布范围和类型； ?单井调整：改变液流方向、注采井别、注水层位； ?扩大水驱油效率和波及系数； 4) .潜力评价和提高采收率的方向 诸如： ? 确定井位、加密井的位置；

油藏数值模拟全面解释

前言： 油藏数值模拟是随着计算机的发展，而在石油行业中逐步成为一门成熟的技术。追溯油藏数值模拟的发展史，从30年代开始研究渗流力学到50年代在石油工业方面得以应用，到70年代进入商品化阶段，而80年代油藏数值模拟又向完善、配套、大型多功能一体化综合性软件飞跃发展。近十年油藏数值模拟已成为油田开发研究，解决油田开发决策问题的有力工具。在衡量油田开发好坏、预测投资、对比油田开发方案、评价提高采收率方法等方面应用都极为广泛。 油藏数值模拟就是应用数学模型再现实际油田生产动态。具体通过渗流力学方程借用大型计算机，结合地震、地质、测井、油藏工程学等方法在建立的三维地层属性参数场中，对数学方程进行求解，实现再现油田生产历史，解决油田实际问题。 油藏数值模拟是一门综合性很强的科学技术，涉及油田地质、油层物理、油藏工程、采油工程、测井、数学、计算机及系统等学科。而油藏数值模拟工作又以其繁重的前期准备和上机历史拟合运算工作让人望而生畏。 那么如何做好前期资料准备工作和尽快掌握模拟技巧？使得今后的油藏数值模拟工作在作业区顺利开展，便是出此书的目的所在。 本书结合以往工作中的实际经验教训，成功与失败，参考诸多资料从前期数据准备工作开始到模拟技巧做了较为的详细介绍，以舐读者。有不妥之处，请予指证。同时，今后不定期的将更新的模拟技术及方法推荐给大家。 目录 一、数值模拟发展概况 二、数值模拟的基本原理 二、选择适当的数值模型及相类 三、数据录取准备工作 （一）建立油藏地质模型 （二）网格选择 （三）数据录入准备 四、历史拟合方法及技巧 （一）确定模型参数的可调范围 （二）对模型参数全面检查 （四）历史拟合 附件1：关于实测压力的皮斯曼校正 附件2：关于烃类有效孔隙体积的计算 一、数值模拟发展概况 30年代人们开始研究地下流体渗流规律并将理论用于石油开发； 50年代在模似计算的方法方面，取得较大进展； 60年代起步，人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单间题，由于当时计算机的速度只有每秒几万到几十万次，实际上只能做些简单的科学运算； 70 年后主要体现于计算机的快速升级带动了油藏数模的迅猛发展，大型标量机计算速度达到100--500万次，内存也高增主约16兆字节。在理论上黑油模型计算方法更趋成熟，D. W.

油藏数值模拟方法

第一章油藏数值模拟方法分析 令狐采学 1.1油藏数值模拟 1.1.1油藏数值模拟简述 油藏数值模拟是根据油气藏地质及开发实际情况，通过建立描述油气藏中流体渗流规律的数学模型，并利用计算机求得数值解来研究其运动变化规律。其实质就是利用数学、地质、物理、计算机等理论方法技术对实际油藏的复制。其基础理论是基于达西渗流定律。 油藏数值模拟就是利用建立起的数学模型来展现真实油藏动态，同时采用流体力学来模拟实际的油田开采的一个过程。基本原理是把生产或注人动态作为确定值，通过调整模型的不确定因素使计算的确定值(生产动态)与实际吻合。其数学模型，是通过一组方程组，在一定假设条件下，描述油藏真实的物理过程。充分考虑了油藏构造形态、断层位置、油砂体分布、油藏孔隙度、渗透率、饱和度和流体PVT性质的变化等因素。这组流动方程组由运动方程、状态方程和连续方程所组成。油藏数值模拟是以应用数学模型为基础的用来再现油田实际生产动态的过程。具体是综合运用地震，地质、油藏工程、测井等方法，通过渗流力学，借助大型计算机为介质条件建立三维底层

模型参数场中，对数学方程求解重现油田生产历史，解决实际问题。 油藏数值模拟技术从50 年代的提出到90 年代间历经40 年的发展，日益成熟。现在进入另外一个发展周期。近十年油藏数值模拟为油田开发研究和解决实际决策问题提供强有力的支持。在油田开发好坏的衡量、投资预测及油田开发方案的优选、评价采收指标等应用非常广泛。 油藏数值模拟功能包括两大部分：①复杂渗流力学研究，②实际油气藏开发过程整体模拟研究，且可重复、周期短、费用低。 图1 油藏数值模拟流程图 1.1.2油藏数值模拟的类型 油藏数值模拟类型的划分方法有多种，划分时最常用的标准是油藏类型、需要模拟的油藏流体类型和目标油藏中发生的开采过程，也可以根据油气藏特性及开发时需要处理的各种各样的复杂问题而设定，油气藏特性和油气性质不同，选择的模型也不同，还可以根据油藏数值模拟模型所使用的坐标系、空间维数和相态数来划分。 以油藏和流体类型来划分，其模型有：气体模型、黑油模型和组分模型；以开采过程来划分，其模型包括：常规油藏、化学驱、热采和混合驱模型。 以油藏和流体描述为基础的油藏模型分为两类：黑油模型

应用FLUENT进行射流流场的数值模拟

应用FLUENT进行射流流场的数值模拟 谢峻石何枫 清华大学工程力学系 一．引言 射流是流体运动的一种重要类型，射流的研究涉及到许多领域，如热力学、航空航天学、气象学、环境学、燃烧学、航空声学等。在机械制造与加工的过程中，就经常利用压缩空气喷枪喷射出高速射流进行除尘、除水、冷却、雾化、剥离、引射等。在工业生产中，改善气枪喷嘴的设计，提高气枪的工作效率对于节约能源具有重大的意义。 FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。本文的工作就是将FLUENT应用于喷嘴射流流场的数值模拟，使我们更加深刻地理解问题产生的机理、为实验研究提供指导，节省实验所需的人力、物力和时间，并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用.。 二．控制方程与湍流模式 非定常可压缩的射流满足如下的N-S方程： （1） 上式中，是控制体，是控制体边界面，W是求解变量，F是无粘通量，G是粘性通量，H是源项。

采用二阶精度的有限体积法对控制方程进行空间离散，时间离散采用Gauss-Seidel隐式迭代。 FLUENT软件包中提供了S-A(Spalart-Allmaras)，K-（包括标准K-、RNG K-和Realizable K-），Reynolds Stress等多种湍流模式，本文在大量数值实验的基础上，亚音速射流选择RNG K-湍流模式，超音速射流选择S-A湍流模式。 三．算例分析 （一）二维轴对称亚声速自由射流 计算了一个出口直径为3mm的轴对称收缩喷嘴的亚声速射流流场，压比为1.45。外流场的计算域为20D×5D（见图1）。 图1 计算域及网格示意图 图2显示的是速度分布，图3、图4分别显示了轴线上的速度分布以及截面上的速度分布计算值与实验值的比较。从图中可以看出，亚声速自由射流轴线上的速度核心区的长度约为5～6D，计算值与实验值吻合的比较一致，证明RNG k-湍流模式适合于轴对称亚音速自由射流的数值模拟。

油藏数值模拟方法

第一章油藏数值模拟方法分析 1.1油藏数值模拟 1.1.1油藏数值模拟简述 油藏数值模拟是根据油气藏地质及开发实际情况，通过建立描述油气藏中流体渗流规律的数学模型，并利用计算机求得数值解来研究其运动变化规律。其实质就是利用数学、地质、物理、计算机等理论方法技术对实际油藏的复制。其基础理论是基于达西渗流定律。 油藏数值模拟就是利用建立起的数学模型来展现真实油藏动态，同时采用流体力学来模拟实际的油田开采的一个过程。基本原理是把生产或注人动态作为确定值，通过调整模型的不确定因素使计算的确定值(生产动态)与实际吻合。其数学模型，是通过一组方程组，在一定假设条件下，描述油藏真实的物理过程。充分考虑了油藏构造形态、断层位置、油砂体分布、油藏孔隙度、渗透率、饱和度和流体PVT性质的变化等因素。这组流动方程组由运动方程、状态方程和连续方程所组成。油藏数值模拟是以应用数学模型为基础的用来再现油田实际生产动态的过程。具体是综合运用地震，地质、油藏工程、测井等方法，通过渗流力学，借助大型计算机为介质条件建立三维底层模型参数场中，对数学方程求解重现油田生产历史，解决实际问题。 油藏数值模拟技术从50 年代的提出到90 年代间历经40 年的发展，日益成熟。现在进入另外一个发展周期。近十年油藏数值模拟为油田开发研究和解决实际决策问题提供强有力的支持。在油田开发好坏的衡量、投资预测及油田开发方案的优选、评价采收指标等应用非常广泛。 油藏数值模拟功能包括两大部分：①复杂渗流力学研究，②实际油气藏开发过程整体模拟研究，且可重复、周期短、费用低。 图1 油藏数值模拟流程图 1.1.2油藏数值模拟的类型 油藏数值模拟类型的划分方法有多种，划分时最常用的标准是油藏类型、需要模拟的油藏流体类型和目标油藏中发生的开采过程，也可以根据油气藏特性及开发时需要处理的各种各样的复杂问题而设定，油气藏特性和油气性质不同，选择的模型也不同，还可以根据油藏数值模拟模型所使用的坐标系、空间维数和相态数来划分。 以油藏和流体类型来划分，其模型有：气体模型、黑油模型和组分模型；以开采过程来划分，其模型包括：常规油藏、化学驱、热采和混合驱模型。 以油藏和流体描述为基础的油藏模型分为两类：黑油模型和组分模型。 （1）黑油模型，是常规油田开发应用的油藏数值模型，用于开采过程中，对油藏 流体组分变化不敏感的情况，是最完善、最成熟的。黑油模型假设质量转移完全取决于压力变化，适应于油质比较重的油藏类型，在这些模型中，流体性质B o、B g、R s决定PVT 的变化，如普通稠油及中质油的油气藏。 （2）组分模型，应用于开采过程中对组分变化敏感的情况。这些情况包括：挥发性油藏和凝析气藏的一次衰竭采油阶段，以及压力保持阶段。同时，多次接触混相过程通常也采用组分模型进行模拟。在组分模型中，适用于油质比较轻、气体组分比较高的油气藏，使用三次状态方程表示PVT变化，如轻质油或凝析气藏。 （3）根据一些特殊开采方式的需要而形成的其他类型的数值模型，如热采模型、注聚

CFX的流场精确数值模拟教程

基于C F X的离心泵内部流场数值模拟基于CFX的离心泵内部流场数值模拟 随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。如有不对之处敬请指教。 一、 CFX数值计算的完整流程 二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分 2.1 导入几何模型 2.2 修整模型 2.3 创建实体 2.4 创建PRAT 2.5 设置全局参数 2.6 划分网格 2.7 检查网格质量并光顺网格 2.8 导出网格－选择求解器 2.9 导出网格 三、CFX-Pre 设置过程 3.1 基本步骤 3.2 新建文件 3.3 导入网格 3.4 定义模拟类型 3.5 创建计算域 3.6 指定边界条件 3.7 建立交界面 3.8 定义求解控制 3.9 定义输出控制 3.10 写求解器输入文件 3.11 定义运行 3.12 计算过程 四、 CFX-Post后处理 4.1 计算泵的扬程和效率 4.2 云图 4.3 矢量图 4.4 流线图 2.1?导入几何模型 在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。 图3? 导入几何模型界面 2.2? 修整模型 单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边， yellow = 单边，red = 双边， blue =多边，线条颜色显示的开/关Model tree →Geometry → Curves → Color by count，Red curves 表示面之间的间隙在容差之内, 这是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。

汽车外流场数值模拟计算综述

https://www.wendangku.net/doc/1b3222949.html, 耿艳 （河海大学环境工程与环境科学学院 210098） gy6933@https://www.wendangku.net/doc/1b3222949.html, 中文摘要：随着大型高速电子计算机和用于流体分析的数值模拟计算技术的迅速发展，计算流体力学在实际的汽车设计和分析中得到了初步的应用。目前，理论分析、试验研究和数值模拟互相渗透、互相补充，共同促进了汽车外流场的研究。主题词：湍流 湍流模型 计算水力学 汽车外流场 综述 1、引言 自然界中的实际流动绝大部分是三维的湍流流动，如河流，血液流动等。湍流是流体粘性运动最复杂的形式，湍流流动的核心特征是其在物理上近乎于无穷多的尺度和数学上强烈的非线性，这使得人们无论是通过理论分析、实验研究还是计算机模拟来彻底认识湍流都非常困难。我国的周培源提出了著名的剪切湍流方程理论[1]，在世界上首次建立了一般湍流的雷诺应力所满足的输运微分方程组，由此被公认为湍流模型理论的奠基人。1950年又提出先解方程后平均的湍流理论。50年代末，他完善和发展了湍流相似理论，80年代中又把它应用到模型理论中去，获得了巨大成功。1951年西德的Rotta发展了周培源所开创的工作，提出了完整的雷诺应力模型[2]。他们的工作是以二阶封闭模型为主的现代湍流模型理论的最早的奠基性工作。自60年代以后，由于计算机技术与数值方法的飞跃发展，种类繁多的湍流模型以及各种湍流模型的检验、比较工作大量涌现[3-8]。

https://www.wendangku.net/doc/1b3222949.html, 所谓湍流模型就是以Reynolds平均守恒方程中的湍流输运项的规律作出公设性的假定，以使联立方程组封闭。如果一个模型是较为完备的，那么这个湍流模型的模数相对于湍流条件和几何特性来说是唯一的和不变的。然而，现在还没有这样一个较为通用的模型。因此在上述假定条件下，产生了许多湍流模型，诸如：高雷诺数模型[9，10]，低雷诺数模型[11，12]，近壁湍流模型[13]，双尺度湍流模型[14]等等。 湍流模型的间题集中在如何应用模拟的方法求解未知的湍流有效粘性系数或者各个Reynolds应力分量的间题上。近年来，工程界非常关注工程湍流模型的研究，一个新的研究领域—计及流体流动、传热和传质的湍流模拟计算的新技术正在世界各国迅速发展。文献[15， 16]对此进行了较为详尽的分析，指出此类模型尤其在应用于绕流流场时必然存在一些不可避免的问题和缺陷。 常用的k-ε模型比Reynolds应力模型（DSM）简单得多，但前者通用性较差。另一方面DSM虽然通用性好。但对工程应用而言又嫌过于复杂即经济性差。正是基于这种情况，Rodi [17，18]提出了一种折衷方案，即所谓代数应力模型（ASM），试图将通用性和经济性加以调和。代数应力模型（ASM）又可以分为湍流浮力回流代教应力模型[19]、三维浮力环流代数应力湍流模型[20]。Launder.B.E.和Spalding，D.B.在文献[21]中指出，k-ε双方程模型是先后由周培源（1945）、Davidov （1961）、Harlow-Nakayama （1968）、Jones-Launder （1972）提出来的，在所有各种双方程模型中，k-ε双方程模型的应用及经受的检验最为普遍。 3、汽车外流场的数值模拟 3.1汽车外流场的描述 汽车绕流流场十分复杂，典型流动特征为三维、粘性、湍流、分离和非定常。汽车绕流为三维流动，复杂几何形状使流动参数沿汽车运动方向呈非周期性变化；

读地下水数值模拟论文总结

地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势 郝治福，康绍忠 (中国农业大学中国农业水问题研究中心) 目前地下水系统数值模拟方法主要有有限差分法(FDM)、有限单元法(FEM)、边界元法(BEM)和有限分析法(FAM)等。20世纪60年代中期以来，随着快速大容量电子计算机的出现和广泛应用，数值计算方法在地下水资源分析评价中得到逐步推广，具有明显的通用性和广泛的适用性。尤其近十几年，地下水系统数值模拟取得了长足进步。 一、国外地下水系统数值模拟研究现状 目前，国外该领域的研究主要针对数值模拟法的薄弱环节，提出新的思维方法，采用新的数学工具，分析不同尺度下的变化情况，合理地描述地下水系统中大量的不确定性和模糊因素。 1、该领域科学家在地下水系统数值模拟的工作程序、步骤方面达成了一 致，强调对水文地质条件合理概化的重要性，并深入探讨尺度转换问题和量化不确定因素问题。 根据Anderson等提出的工作程序，要建立一个正确且有意义的地下水系统数值模型，应进行以下工作：确定模型目标，建立水文地质概念模型，建立数学模型，模型设计及模型求解，模型校正，校正灵敏度分析，模型验证和预 报，预报灵敏度分析，模型设计与模型结果的给出，模型后续检查以及模型的再设计。Ewing提出地下水污染流模拟和建模需要强调3个方面的问题：①有效地模拟复杂的流体之间以及流体与岩石之间的相互作用；②必须发展准确的离散技术，保留模型重要的物理特性；③发挥计算机技术体系的潜力，提供有效的数值求解算法。针对Newman等的推测，Wood提出了二维地下水运动有限元计算的时间步长条件。Kim等对抽取地下水造成的noordbergum effect(reverse water level fluctuation)现象进行数值模拟，阐述了其机理性原 因。Scheibe等分析了在不同尺度下的地下水流及其运移行为。Ghassemi指出三维模型可以详细说明含水层系统的三维边界条件以及抽水应力情况，而二维模型就不能恰当处理。Porter等指出DFM(data fusion modeling)可以量化各种各样的水文学、地质学和地球物理学的数据及模型的不确定性，可以用于地下水系统数值模拟的数据整合和模型校准。Mazzia等提出特别的数值方法用于求解重盐地下水运移模拟的二维非线性动力学控制方程，效果很好。Li Shu-guang 等指出数值模型还不能解决预报的不确定性因素问题，并开创性地提出一种随