Схематизация структуры и формы потока

13 марта

Для упрощения струк­туры и мерности потока пространственную фильтрацию приводят к бо­лее простой, плановой, плосковертикальной или к фрагменту с одно­мерной линейной или радиальной фильтрацией. Для этого анализи­руют гидродинамическую сетку потока, характер распределения в ней векторов скорости фильтрации и их преобладающее положение отно­сительно горизонтальной и вертикальной плоскостей движения. Схе­матизация заключается в уменьшении числа проекций вектора ско­рости фильтрации и упрощении его положения в пространстве.

Упрощение выполняется следующими способами : а) прене­брежением некоторыми составляющими скорости фильтрации по ко­ординатам пространства; б) спрямлением контуров внешних и внут­ренних границ; в) выбором соответствующей системы координат;г)   введением в расчетную схему показателя, оценивающего дополни­тельные потери напора (дополнительное сопротивление), связанные с деформацией потока вследствие гидродинамического несовершенства его границ; д) разделением потоков на ленты тока.

Если длина L и ширина В изучаемой области существенно больше мощности пласта т, то пренебрегают изменением скорости фильтра­ции по вертикали и от пространственной фильтрации переходят к пла­новой. Если ширина ΔLНД зоны деформации потока (сфера влияния его несовершенных границ) удовлетворяет условию ΔLНД ⩽0,1L ,где L — длина потока), то влиянием этой зоны на движение подзем­ных вод пренебрегают и поток на всей длине считают совершенным. Величина ΔLНД для потоков с однородным строением и мощностью- до 100 м. согласно М. Маскёту примерно равна мощности.

Более сложно упрощение структуры потока введением в расчетную схему некоторых показателей. Такое упрощение базируется на двух гидродинамических свойствах потока: 1) зона ~резкой деформации потока является локальной, за ее преде­лами структура потока всегда более проста; 2) гидродинамическая структура потока позволяет делить его на фрагменты, каждый из ко­торых характеризуется своей величиной фильтрационного сопротив­ления движению воды в нем. Эти фильтрационные сопротивления (на основе аналогии между законами Дарси и Ома) можно складывать по правилам электрических цепей.

Как же следует делить поток на фрагменты, чтобы структура его упрощалась? Для решения вопроса сравним гидродинамические сетки несовершенных потоков с аналогичными сетками для совершенных потоков. Сопоставле­ние показывает, что деформация потока вблизи несовершенной гра­ницы вызывает удлинение линий тока и, следовательно, дополнитель­ное увеличение потерь напора на этом участке, что эквива­лентно росту сопротивления потока. Структуру несовершенного по­тока можно упростить по правилу сложения сопротивлений для по­следовательных цепей: распространить на всю длину потока Ь более простую структуру его внешней (за зоной деформации) части, т. е. принять поток совершенным на всей длине и считать, что этой длине отвечает некоторое сопротивление потока, а влияние зоны деформации учесть удлинением потока на величину ΔLНД - Тогда расчетную длину потока можно определить так: Lp=L+ ΔLНД ;где ΔLНД — показатель гидродинамического несовершенства (в мет­рах), определяемый расчетом по аналитическим зависимостям, а в сложных случаях — методом моделирования. Методика этих опреде­лений изложена в работах . Если согласно зависимости  ΔLНД <0,1L то реальная длина потока не изменяется и влиянием зоны деформации можно пренебречь.

Продукция