注水泥环空动态顶替界面长距离数值模拟

借助流体力学软件FLUENT对环空注水泥层流顶替进行了长距离的数值模拟.利用流体体积法(VOF)对两相顶替界面进行了界面重构.对顶替界面达到动态稳定形态的过程进行了描述,对不同偏心度、密度差、顶替速度和流体黏度条件下的顶替界面进行了模拟.模拟结果显示,顶替开始后界面长度不断拉长,在正密度差下界面会达到动态稳定(在一个范围内波动)或者绝对稳定,并以此稳定界面向前推进,而动态稳定界面会使得窄间隙留下无法驱替的滞留层.在同心环空中,只要存在正密度差即可达到绝对稳定的界面;在偏心环空中高密度差下界面会达到绝对稳定,其他情况会获得动态稳定界面,此密度差节点与偏心度呈正相关;负密度差下界面均无法达到稳定;从对顶替界面达到稳定状态的影响效果来看,从大到小依次为偏心度、密度差、顶替速度和流体流变性能.该模拟结果对水泥浆密度设计、隔离液用量和环空注水泥施工有很好的指导性作用.