33199

محاسبه تراوايي نسبي و فشار موئينگي جريان دوفازي در محيط متخلخل با استفاده از شبيه‌سازي مقياس حفره به روش حجم محدود

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1401

1403/12/5

دكتر مجيد سياوشي

-

مهندسي مكانيك

جريان دوفازي در محيط متخلخل يك پديده اساسي با پيامدهاي قابل‌توجه در كاربردهاي مهندسي انرژي و محيط‌زيست، از جمله ترسيب كربن، اصلاح آب‌هاي زيرزميني و ازدياد برداشت از مخازن است. اين مطالعه به بررسي محاسبه نفوذپذيري نسبي و فشار موئينگي در هندسه ماسه‌سنگ بِريا با استفاده از شبيه‌سازي مقياس حفره با روش حجم محدود مي‌پردازد. حلگر interFoam در نرم‌افزار OpenFOAM براي مدل‌سازي رفتار جريان دوفازي استفاده مي‌شود كه از روش حجمِ سيال (VOF) براي رهگيري دقيق فصل مشترك سيالات استفاده مي‌كند. اين پژوهش با توليد هندسه ماسه‌سنگ بِريا با استفاده از تصاوير ميكرو سي تي اسكن و آماده‌سازي آن براي شبيه‌سازي آغاز مي‌شود. شبيه‌سازي‌هاي جريان تك‌فاز براي تعيين نفوذپذيري مطلق محيط متخلخل انجام مي‌شوند و پايه‌اي را براي تجزيه و تحليل رفتار جريان دوفازي تشكيل مي‌دهند. حلگر انتخاب شده نيز با استفاده از داده‌هاي تجربي و مقايسه با نرم‌افزار Ansys-FLUENT اعتبارسنجي شده است تا از دقت آن در مدل كردن جابه‌جايي فازها، توزيع اشباع و ديناميك موئينگي اطمينان حاصل شود. سناريوهاي جريان دوفازي تحت شرايط مختلف، از جمله ترشوندگي (زواياي تماس)، نسبت‌ لزجت و ثابت كشش سطحي بررسي مي‌شوند. نتايج به دست آمده تكامل توزيع اشباع و منحني‌هاي نفوذپذيري نسبي و فشار موئينگي را ارائه مي‌دهند. تجزيه و تحليل حساسيت، نقش حياتي زاويه تماس در تاثيرگذاري بر راندمان جابه‌جايي، نسبت لزجت بر پايداري جريان و سهم ثابت كشش سطحي در به دام انداختن موئينگي را برجسته مي‌كند. يافته‌ها نشان مي‌دهند كه حلگر interFoam قادر به ثبت ديناميك جريان پيچيده در محيط متخلخل است و پيش‌بيني‌هاي قابل‌قبولي از خواص جريان ماكروسكوپي ارائه مي‌دهد. اين نتايج رويكردهاي ارزشمندي را براي بهينه‌سازي فرآيندهاي جريان سيال در سيستم‌هاي متخلخل ارائه مي‌دهند و شكاف ميان فيزيك مقياس حفره و كاربردهاي در مقياس ميداني را پر مي‌كند. اين پژوهش به درك بهتر ديناميك جريان دوفازي كمك مي‌كند و از توسعه رويكردهاي مدل‌سازي بهبوديافته براي سيستم‌هاي چندفازي پشتيباني مي‌كند.

1403/12/12

Calculation of Relative Permeability and Capillary Pressure of Two-Phase Flow in a Porous Media Using Pore-Scale Simulation by Finite Volume Method

2/23/2026 12:00:00 AM

Two-phase flow in porous media is a fundamental phenomenon with significant implications for energy and environmental engineering applications, including carbon sequestration, groundwater remediation, and reservoir enhancement. This study investigates the calculation of relative permeability and capillary pressure in the Berea sandstone geometry using pore-scale simulation with the finite volume method. The interFoam solver in OpenFOAM is used to model the two-phase flow behavior, which uses the volume of fluid (VOF) method to accurately track the fluid interface. This study begins by generating the geometry of the Berea sandstone using micro-CT scan images and preparing it for simulation. Single-phase flow simulations are performed to determine the absolute permeability of the porous medium and form the basis for the analysis of the two-phase flow behavior. The selected solver has also been validated using experimental data and comparison with Ansys-FLUENT software to ensure its accuracy in modeling phase transport, saturation distribution, and capillary dynamics. Two-phase flow scenarios are investigated under different conditions, including wettability (contact angles), viscosity ratios, and surface tension constants. The obtained results present the evolution of the saturation distribution and the relative permeability and capillary pressure curves. Sensitivity analysis highlights the critical role of contact angle in influencing the transfer efficiency, the viscosity ratio to flow stability, and the surface tension constant contribution to capillary tapping. The findings show that the interFoam solver is capable of capturing complex flow dynamics in porous media and provides acceptable predictions of macroscopic flow properties. These results provide valuable approaches for optimizing fluid flow processes in porous media and bridge the gap between pore-scale physics and filed-scale applications. This research contributes to a better understanding of two-phase flow dynamics and supports the development of improved modeling approaches for multiphase flows.

تراوايي نسبي , فشار موئينگي , جريان دوفازي در محيط متخلخل , شبيه‌سازي در مقياس حفره , روش حجم محدود

Relative Permeability , Capillary pressure , Two-phase flow in porous media , Pore-scale simulation , Finite volume method

Ehsan Dehshat Moghadam

Dr. Majid Siavashi