[論文レビュー] A two-dimensional network simulator for two-phase flow in porous media

Eyvind Aker, Knut Jørgen Måløy+2 more|ArXiv.org|May 25, 1997

Groundwater flow and contamination studies参考文献 8被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、多孔質媒体内の二相流をモデル化する2次元ネットワークシミュレータを提示する。このシミュレータは、高精度の圧力測定を用いて毛管力と粘性力をモデル化し、界面の時間発展、排水時のバーストダイナミクス、チューブ内での同時流動といった動的挙動を捉え、排水シミュレーションにおける既知の実験的性質と一致することを検証する。

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.

研究の動機と目的

• 多孔質媒体内における時間依存の二相排水移行をモデル化できる2次元ネットワークシミュレータの開発を目的とする。
• 毛管力と粘性力による圧力の時間的発展を正確にシミュレートすることを目的とする。
• 流体移行中の動的界面挙動およびバーストダイナミクスをモデル化することを目的とする。
• 単一のチューブセグメント内での二種類の液体の同時流動をモデル化し、現実的な排水現象を反映することを目的とする。
• モデルの妥当性を、排水移行に関する広く知られた実験的性質と照合することで検証することを目的とする。

提案手法

• シミュレータは、相互に接続された孔および喉管を有する多孔質媒体の2次元ネットワーク表現を用いて、流体移行をモデル化する。
• 毛管力は、流体界面の発展を捉える時間依存式を用いて動的にモデル化される。
• 粘性力は、個々のチューブにおけるハーゲン＝ポアズイユ流れに基づく圧力勾配モデルを通じて組み込まれる。
• 高精度の圧力測定は、各時間ステップで圧力場を緩和法を用いて解くことで得られる。
• モデルには、侵入流体が局所領域で防御流体を急速に置き換えるバーストダイナミクスのメカニズムが組み込まれている。
• シミュレーションは、圧力発展や界面位置といった主要な出力指標を、排水移行実験からの既知の実験データと比較することで検証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多孔質媒体内での排水過程において、二つの不混和流体の界面は時間とともにどのように変化するか？
• RQ2 二相流における圧力ダイナミクスを決定づける毛管力と粘性力の役割は何か？
• RQ3 バーストダイナミクスは移行過程でどのように現れるのか、そしてそれが正確にシミュレート可能か？
• RQ4 このシミュレータは、ヒステリシスやフロント不安定性を含む、二相排水における既知の実験的挙動を再現できるか？
• RQ5 単一のチューブセグメント内での二種類の液体の同時流動は、全体の移行パターンにどのように影響を与えるか？

主な発見

• シミュレータは、二相排水における圧力の時間的発展を高精度の圧力測定で正確に再現した。
• 毛管不安定性に起因する局所的領域での急速な流体侵入に伴うバーストダイナミクスがモデルで捉えられた。
• 二つの流体間の界面は、フロントのピン留まりとアンピン留まりを含む、実験的観察と整合する形で発展した。
• 単一のチューブセグメント内での二種類の液体の同時流動が正確にモデル化され、現実的な流動競合を反映した。
• シミュレーション結果は、排水移行に関する広く知られた実験的性質と強く一致し、モデルの物理的整合性が検証された。
• 時間依存の毛管効果の組み込みにより、動的ウェッティングおよび非ウェッティング相の移行の現実的なシミュレーションが可能になった。