[发明专利]一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法和装置

权利要求书

1.一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：用格子Boltzmann方法中的颜色梯度模型模拟水驱油，通过精确刻画润湿角、界面张力等参数，实现水驱油模型的准确模拟；用郎之万运动学方法模拟活性纳米颗粒在水相和油/水界面的运动过程，从力的角度详细刻画活性纳米颗粒在流体中受到的静电力、范德华力、随机力和摩擦力；以活性纳米颗粒受到流体的作用力为桥梁，构建流体与活性纳米颗粒之间的作用关系，实现活性纳米颗粒与流体之间的耦合，建立活性纳米颗粒与流体间速度场和能量场的相互影响关系；具体包括以下步骤：

101在D2Q9模型基础上，通过引入颜色梯度模型，建立基于D2Q9模型的格子Boltzmann方程式(1)实现对油/水两相的模拟；

式中，为粒子分布函数，t为粒子运动时间，c为格子运动速度，c＝Δx/Δt，Δx是单位格子长度，Δt是单位时间步长，τ为达到平衡的单松弛时间，为粒子速度方向，f_i^eq为粒子平衡分布函数；

102利用郎之万运动学，通过为流体系统中微小颗粒施加额外作用力的方式以实现颗粒运动模拟，控制方程为：

式中，i为活性纳米颗粒序号，为活性纳米颗粒质量，为活性纳米颗粒速度，为活性纳米颗粒所受摩擦力，为活性纳米颗粒所受随机力，分别表示活性纳米颗粒间、活性纳米颗粒与壁面间范德华力，为活性纳米颗粒所受静电力；

103通过格子Boltzmann-郎之万方法耦合实现活性纳米颗粒与流体之间的相互作用，耦合方程式为：

式中，为流体对活性纳米颗粒的总作用力；为摩擦分量；为随机分量；

步骤二：在建立有效活性纳米颗粒水驱油模型的基础上，刻画活性纳米颗粒在油/水界面吸附特性及其对界面张力的影响，并辨析活性纳米颗粒在水相和油/水界面中扩散特性的差异性，具体步骤如下：

201通过分析活性纳米颗粒在油/水界面受力与在水相中的差异，实现活性纳米颗粒在油水两相中的运动刻画；通过引入朗缪尔吸附方程和颗粒吸附干扰系数A_f进一步刻画其对油/水界面张力的影响；

202通过计算活性纳米颗粒在水相和油/水界面中水平、竖直方向扩散系数的差异，分析了油/水界面对活性纳米颗粒扩散的影响；

步骤三：依据所构建的活性纳米颗粒油/水界面吸附的微观表征方法，通过改变流体注入速度、活性纳米颗粒注入浓度和粒径，分析影响活性纳米颗粒油/水界面吸附的主控因素；构建活性纳米颗粒水驱油参数设计及性能评价装置，向装置输入活性纳米颗粒参数，优选现场所使用活性纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法，其特征在于，步骤一中通过连续表面力方法引入界面张力，连续表面力公式如下：

式中σ为界面张力，▽ρN为颜色梯度，κ为界面曲率；

得到连续表面力后，即可得到外力项Φ_i，Φ_i可由公式(5)确定：

式中为考虑连续表面力之后重新定义的流速，其值为：

3.根据权利要求2所述的一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法，其特征在于，颜色函数的公式为：

式中，当某一格点ρ^N为1时，说明该点均为红色流体，为-1时则均为蓝色流体，-1与1之间时代表同时存在红色和蓝色流体；

界面曲率由式(8)确定；

式中，单位法向量

4.根据权利要求1所述的一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法，其特征在于，步骤一中通过几何法构建润湿边界，颜色梯度模型通过对上下边界的特殊处理，通过公式(9)引入接触角：

式中θ_w＝tan(π/2-θ)；θ即为接触角；是方向为指向流体壁面的单位法向量；是方向为指向流体壁面的单位切向量；上下壁面的颜色函数为通过公式(10)、公式(11)确定：

式中，为上下壁面颜色函数，为与上下壁面紧邻的流体节点颜色函数。