Loading...

Pore-Scale Numerical Simulation of Two-phase Flows in Periodic Porous Media Using SPH

Fatehi, Rouhollah | 2011

1350 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 41415 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Taghizadeh Manzari, Mehrdad
  7. Abstract:
  8. Study of two-phase flowin porous media forms a basis for investigating various fluid systemsin the nature and industries. In recent years, more and more researchers use pore-scale mod-els to explore various physical phenomena occurring in complex media such as hydrocarbonreservoirs. After solving the flow equations in pore-scale, this approach can be utilized tocalculate some macroscopic values using particular forms of averaged flow field.In this research, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is used to simulate two-phaseflow in pore spaces of two- and three-dimensional porous media. The SPH method is a La-grangian meshless method that is suitable for flows with free surfaces, deformable boundaries,and moving interfaces.After a brief introduction to the SPH method, a number of discretization schemes are in-vestigated and their truncation errors are examined using a theoretical analysis based on Taylorseries expansion for both regular and irregular particle distributions. Based on this analysis,a new first-order consistent scheme is presented for approximating second derivatives. Then,the numerical algorithm used for incompressible flow solver, the treatment of boundary con-ditions, and the method used for incorporating surface tension and contact angle effects areelaborated.To assess the computational performance and validity of the results of the proposed SPH method some benchmark problems including single- and two-phase flows and some basicpore-scale phenomena in porous media are simulated and the results are verified using avail-able data in literature. Finally, the relative permeability and interfacial surface area per porevolume, for the processes of primary drainage and imbibition of a two-phase flow, are evalu-ated. Numerical results are presented for both two-dimensional domains with circular grainsand a three-dimensional medium formed by regularly arranged spherical grains
  9. Keywords:
  10. Two Phase Flow ; Surface Tension ; Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) ; Relative Permeability ; Pore-Scale Model ; Periodic Porous Media

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست جداول
  • فهرست نشانه‌ها
  • آشنایی
    • مقدمه
    • مطالعه در مقیاس حفرات
    • جریان در مقیاس حفرات
      • جریان تکفاز
      • جریان چند فاز
    • پیشینه پژوهش
      • مدل سازی جریان در مقیاس حفرات
      • شبیه سازی جریان در مقیاس حفرات
    • پژوهش حاضر
      • اهداف
      • فرضیات
    • ساختار رساله
  • معادلات حاکم
    • قوانین بقا
    • روابط ساختاری
    • جریان تراکم ناپذیر
  • گسسته سازی در روش SPH
    • مقدمه
    • تخمین بر پایه تابع هسته
      • تخمین پیوسته
      • تابع هسته
      • تخمین گسسته
    • مشتقات مکانی
      • طرح‌های مشتق اول
      • خطای قطع طرح‌های مشتق اول
      • طرح‌های مشتق دوم
      • مثال عددی طرح‌های مشتق دوم
      • خطای قطع طرح‌های مشتق دوم
      • طرح جدید برای مشتق دوم
      • مرتبه بزرگی جملات در خطای قطع
      • ارزیابی عددی طرح جدید برای مشتق دوم
      • هزینه محاسباتی
    • مشتق زمانی
    • نتیجه گیری
  • حل جریان تراکم ناپذیر
    • مقدمه
    • روش WCSPH
      • پاسخ شطرنجی
    • هم‌مکانی
    • اصلاح روش WCSPH
    • اندازه گام زمانی
    • جابجا کردن ذرات
    • شرایط مرزی
      • شرط مرزی دیوار
      • شرط تناوبی
      • سایر شرایط
    • خلاصه و نتیجه گیری
  • اثر کشش سطحی و زاویه تماس
    • مقدمه
      • ضریب کشش سطحی
      • زاویه تماس
      • مویینگی
      • زاویه تماس دینامیک
    • مدلسازی ریاضی
      • مدل شرط مرزی
      • مدل نیروی مولکولی
      • مدل نیروی سطحی پیوسته
      • مدل تنش سطحی پیوسته
    • شبیه سازی عددی
      • مدل نیروی مولکولی
      • مدل نیروی سطحی پیوسته
      • مدل تنش سطحی پیوسته
    • روش پیشنهادی
    • بحث و مقایسه
      • مثال اول: قطره دو بعدی با شکل اولیه مربع
      • مثال دوم: قطره دو بعدی در حالت سکون
      • مثال سوم: ظرف حاوی دو فاز
    • خلاصه و نتیجه گیری
  • ارزیابی و صحّه گذاری
    • مقدمه
    • جریان‌های تراکم ناپذیر تکفاز
      • مخزن هیدرواستاتیک
      • مسأله حفره
      • کانال با انبساط موضعی
    • جریان‌های دوفاز
      • قطره در جریان برشی
      • نوسان قطره
      • زاویه تماس در ظرف حاوی دو فاز
      • قطره چسبیده به سطح
    • نتیجه گیری
  • پدیده‌های بنیادی در جریان دوفاز
    • مقدمه
    • جریان دوفاز در لوله مویین
      • شرایط مرزی
      • نتایج شبیه سازی
      • اثر زاویه تماس
      • اثر عدد مویینگی
    • به دام افتادن فاز تركننده
      • اثر تر کنندگی
    • به دام افتادن فاز غیر تركننده
      • اثر عدد باند
      • اثر تر کنندگی
    • خلاصه و نتیجه گیری
  • جریان در محیط متخلخل دوبعدی
    • مقدمه
    • نفوذپذیری نسبی
      • روش اندازه‌گیری
      • روش محاسبه
    • اندازه سطح واسط
      • روش اندازه‌گیری
      • روش محاسبه
    • نتایج شبیه سازی
      • روش پایا
      • روش گذرا
    • خلاصه و نتیجه گیری
  • جریان در محیط متخلخل سه‌بعدی
    • مقدمه
    • هندسه دامنه حل
    • آزمایش به روش گذرا
    • نفوذپذیری مطلق
    • نفوذپذیری نسبی
    • اندازه سطح واسط
    • اثر ضریب کشش سطحی
    • خلاصه و نتیجه گیری
  • نتیجه‌گیری و پیشنهادها
    • مقدمه
    • نوآوری‌ها
    • پیشنهادها
  • مراجع
  • معرفی نرم افزار سپهر
    • مقدمه
    • جستجوی ذرات همسایه
    • همکاران
  • مقالات منتشر شده
  • Published-89-11-f.pdf
    • Published-89-11 1
    • Published-89-11 8
    • Published-89-11 9
    • Published-89-11 10
    • Published-89-11 11
    • Published-89-11 12
    • Published-89-11 13
  • مقالات در دست انتشار
  • unpub-98-11-f.pdf
    • FC-SPH7.0
    • NLM-S-10-00298
    • Haddad
    • Persian_Paper2
    • NLM-S-10-00357
...see more