Численное моделирование двухфазных потоков методом фазового поля
https://doi.org/10.18303/2619-1563-2024-1-60
Аннотация
Описан подход к численному моделированию двухфазных флюидопотоков, основанный на методе фазового поля, в котором фазы задаются функцией концентрации. Эта функция является гладкой, так что межфазная граница заменяется достаточно тонким слоем, в котором значения функции концентрации непрерывно изменяются. Такое представление позволяет устойчиво вычислять силы поверхностного натяжения и проводить учет угла смачивания при использовании метода конечных разностей для численного моделирования флюидопотоков и переноса фазы. Работоспособность подхода иллюстрируется на ряде тестовых примеров.
При поддержке: Работа выполнена в рамках проекта ФНИ FWZZ-2022-0022 и при поддержке Российского научного фонда, грант № 19-77-20004-П.
Об авторах
Т. С. Хачкова
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
Россия
Россия
ХАЧКОВА Татьяна Станиславовна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории вычислительной физики горных пород,
630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.
Е. А. Гондюл
Институт математики им. С.Л. Соболева СО РАН
Россия
Россия
ГОНДЮЛ Елена Александровна – аспирант НГУ, младший научный сотрудник,
630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 4.
В. В. Лисица
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
Россия
Россия
ЛИСИЦА Вадим Викторович – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией вычислительной физики горных пород,
630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.
Д. И. Прохоров
Институт математики им. С.Л. Соболева СО РАН
Россия
Россия
ПРОХОРОВ Дмитрий Игоревич – научный сотрудник,
630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 4.
В. И. Костин
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
Россия
Россия
КОСТИН Виктор Иванович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории вычислительной физики горных пород,
630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.
Список литературы
1. Базайкин Я.В., Колюхин Д.Р., Лисица В.В., Новиков М.А., Решетова Г.В., Хачкова Т.С. Влияние масштаба микротомографических изображений на оценку макромасштабных свойств породы // Технологии сейсморазведки. 2016. Т. 2. C. 38–47. doi: 10.18303/1813-4254-2016-2-38-47.
2. Хачкова Т.С., Лисица В.В., Решетова Г.В., Чеверда В.А. Численная оценка удельного электрического сопротивления горных пород по их цифровым изображениям с использованием графических сопроцессоров // Вычислительные методы и программирование. 2020. Т. 21, № 3. C. 306–318. doi: 10.26089/NumMet.v21r326.
3. Хачкова Т.С., Лисица В.В., Сотников О.С., Исламов И.А., Ганиев Д.И. Новая методика численной оценки абсолютной проницаемости горных пород по их микротомографическим изображениям // Геофизика. 2023. Т. 1. C. 34–40.
4. Andra H., Combaret N., Dvorkin J., Glatt E., Han J., Kabel M., Keehm Y., Krzikalla F., Lee M., Madonna C., Marsh M., Mukerji T., Saenger E.H., Sain R., Saxena N., Ricker S., Wiegmann A., Zhan X. Digital rock physics benchmarks—Part I: Imaging and segmentation // Computers & Geosciences. 2013a. Vol. 50. P. 25–32. doi: 10.1016/j.cageo.2012.09.005.
5. Andra H., Combaret N., Dvorkin J., Glatt E., Han J., Kabel M., Keehm Y., Krzikalla F., Lee M., Madonna C., Marsh M., Mukerji T., Saenger E.H., Sain R., Saxena N., Ricker S., Wiegmann A., Zhan X. Digital rock physics benchmarks—part II: Computing effective properties // Computers & Geosciences. 2013b. Vol. 50. P. 33–43. doi: 10.1016/j.cageo.2012.09.008.
6. Bahbah C., Khalloufi M., Larcher A., Mesri Y., Coupez T., Valette R., Hachem E. Conservative and adaptive level-set method for the simulation of two-fluid flows // Computers & Fluids. 2019. Vol. 191. Article 104223. doi: 10.1016/j.compfluid.2019.06.022.
7. Chiu P.H., Lin Y.T. A conservative phase field method for solving incompressible two-phase flows // Journal of Computational Physics. 2011. Vol. 230 (1). P. 185–204. doi: 10.1016/j.jcp.2010.09.021.
8. Croce R., Griebel M., Schweitzer M.A. A parallel level-set approach for two-phase flow problems with surface tension in three space dimensions. 2004. https://webdoc.sub.gwdg.de/ebook/serien/e/sfb611/157.pdf.
9. Gibou F., Fedkiw R., Osher S. A review of level-set methods and some recent applications // Journal of Computational Physics. 2018. Vol. 353. P. 82–109. doi: 10.1016/j.jcp.2017.10.006.
10. Groot R.D. Second order front tracking algorithm for Stefan problem on a regular grid // Journal of Computational Physics. 2018. Vol. 372. P. 956–971. doi: 10.1016/j.jcp.2018.04.051.
11. Jacqmin D. Calculation of two-phase Navier–Stokes flows using phase-field modeling // Journal of computational physics. 1999. Vol. 155 (1). P. 96–127. doi: 10.1006/jcph.1999.6332.
12. Jettestuen E., Friis H.A., Helland J.O. A locally conservative multiphase level set method for capillary-controlled displacements in porous media // Journal of Computational Physics. 2021. Vol. 428. Article 109965. doi: 10.1016/j.jcp.2020.109965
13. Kim J. Phase-field models for multi-component fluid flows // Communications in Computational Physics. 2012. Vol. 12 (3). P. 613–661. doi: 10.4208/cicp.301110.040811a.
14. Lepilliez M., Popescu E.R., Gibou F. Tanguy S. On two-phase flow solvers in irregular domains with contact line // Journal of Computational Physics. 2016. Vol. 321. P. 1217–1251. doi: 10.1016/j.jcp.2016.06.013.
15. Liu X.D., Osher S., Chan T. Weighted essentially non-oscillatory schemes // Journal of Computational Physics. 1994. Vol. 115 (1). P. 200–212. doi: 10.1006/jcph.1994.1187.
16. Zhao J., Han D. Second-order decoupled energy-stable schemes for Cahn–Hilliard–Navier–Stokes equations // Journal of Computational Physics. 2021. Vol. 443. Article 110536. doi: 10.1016/j.jcp.2021.110536.
Рецензия
Для цитирования:
Хачкова Т.С., Гондюл Е.А., Лисица В.В., Прохоров Д.И., Костин В.И. Численное моделирование двухфазных потоков методом фазового поля. Геофизические технологии. 2024;(1):60-71. https://doi.org/10.18303/2619-1563-2024-1-60
For citation:
Khachkova T.S., Gondul E.A., Lisitsa V.V., Prokhorov D.I., Kostin V.I. Numerical simulation of twophase flows on the base of phase-field method. Russian Journal of Geophysical Technologies. 2024;(1):60-71. (In Russ.) https://doi.org/10.18303/2619-1563-2024-1-60
Просмотров:
151
Послать статью по эл. почте 