[논문 리뷰] A two-dimensional network simulator for two-phase flow in porous media

Eyvind Aker, Knut Jørgen Måløy외 2명|ArXiv.org|1997. 05. 25.

Groundwater flow and contamination studies참고 문헌 8인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 다공성 매체에서 두상유동을 위한 2차원 네트워크 시뮬레이터를 제시하며, 고정밀 압력 측정을 통해 모세관력과 점성력을 모델링한다. 시뮬레이터는 드레인징 중의 인터페이스 진화, 폭발적 동역학, 관에서의 동시 유동과 같은 동적 거동를 포착하며, 드레인징 이송 시뮬레이션에서 알려진 실험적 성질과의 일치를 검증한다.

ABSTRACT

We investigate a two-dimensional network simulator capable of modeling different time dependencies in two-phase drainage displacements. In particular, we focus on the temporal evolution of the pressure due to capillary and viscous forces and the time dependence of the interface between the two liquids. The dynamics of the capillary effect are taken into account and we report on high accuracy pressure measurements. Moreover, the simulator includes important features in drainage, like burst dynamics of the invading fluid and simultaneous flow of two liquids in a section of a tube. The validity of the model is checked by comparing simulation results with well known experimental properties in drainage displacement.

연구 동기 및 목표

• 다공성 매체에서 시간에 따라 변화하는 두상 드레인징 이송을 모델링할 수 있는 2차원 네트워크 시뮬레이터를 개발하는 것.
• 모세관력과 점성력에 의해 유도되는 압력의 시간적 변화를 정확하게 시뮬레이션하는 것.
• 유체 이송 중의 동적 인터페이스 거동과 폭발적 동역학을 모델링하는 것.
• 단일 관 세그먼트에서 두 액체의 동시 유동을 모델링하여 현실적인 드레인징 현상을 반영하는 것.
• 모델을 알려진 드레인징 이송의 실험적 성질과 비교하여 검증하는 것.

제안 방법

• 유체 이송을 모델링하기 위해 상호연결된 구멍과 통로로 이루어진 다공성 매체의 2차원 네트워크 표현을 사용한다.
• 모세관력은 유체 인터페이스의 진화를 포착하기 위한 시간에 의존하는 형식으로 동적으로 모델링된다.
• 점성력은 개별 관에서 허건-포아즈유동 기반의 압력강하 모델을 통해 포함된다.
• 각 시간 단계에서 압력장의 해를 안정화 방법을 사용하여 구함으로써 고정밀 압력 측정을 확보한다.
• 침입 유체가 국소 영역에서 방어 유체를 빠르게 대체하는 현상인 폭발적 동역학 메커니즘을 포함한다.
• 주요 출력 지표인 압력 변화와 인터페이스 위치를 알려진 드레인징 이송 실험 데이터와 비교하여 시뮬레이션을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다공성 매체에서 드레인징 중 두 불용성 유체 간의 인터페이스는 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ2 두상유동 중 압력 역학을 결정하는 데 있어 모세관력과 점성력의 역할은 무엇인가?
• RQ3 폭발적 동역학은 이송 과정에서 어떻게 나타나며, 이를 정확하게 시뮬레이션할 수 있는가?
• RQ4 시뮬레이터는 히스테리시스와 전 fronts 불안정성과 같은 알려진 실험적 거동을 재현할 수 있는가?
• RQ5 단일 관 세그먼트에서 두 액체의 동시 유동은 전체 이송 패턴에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 시뮬레이터는 두상 드레인징에서의 시간적 압력 변화를 고정밀 압력 측정으로 정확하게 재현한다.
• 모세관 불안정성으로 인해 국소 영역에서 빠른 이송이 발생하는 경우의 폭발적 동역학을 모델이 포착한다.
• 두 유체 간의 인터페이스는 전면 고정 및 해제와 같은 실험 관측과 일치하는 방식으로 진화한다.
• 단일 관 세그먼트에서 두 액체의 동시 유동이 정확하게 모델링되어 현실적인 유동 경쟁을 반영한다.
• 시뮬레이션 결과는 드레인징 이송의 잘 알려진 실험적 성질과 강한 일치를 보이며, 모델의 물리적 정확성을 검증한다.
• 시간에 따라 변화하는 모세관 효과의 통합은 동적 습윤 및 비습윤 상의 이송을 현실적으로 시뮬레이션할 수 있게 한다.