شماره ركورد
34644
پديد آورنده
محسن فلاحي
عنوان
توسعه مدل يادگيري عميق مبتني بر فيزيك براي شبيهسازي جريان چندفازي در محيط متخلخل
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- تبديل انرژي
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/12/09
استاد راهنما
دكتر مجيد سياوشي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
شبيهسازي دقيق جريان دوفازي در محيطهاي متخلخل، ستون فقرات مديريت مخازن هيدروكربوري و پروژههاي نوين ذخيرهسازي زيرسطحي هيدروژن محسوب ميشود. عليرغم دقت بالاي روشهاي عددي كلاسيك، هزينههاي محاسباتي سنگين آنها در ابعاد بزرگ و محدوديتهاي فيزيكي مدلهاي يادگيري ماشين صرفاً دادهمحور، نياز به رهيافتهاي نوين محاسباتي را دوچندان كرده است. در اين تحقيق، يك چارچوب شبيهسازي مبتني بر شبكههاي عصبي پيچشي آگاه از فيزيك (PICNN) توسعه يافته است كه قادر به حل معادلات ديفرانسيل جزئي حاكم بر جريان نفت و آب بدون وابستگي به دادههاي آموزشي برچسبدار ميباشد. نوآوري محوري اين پژوهش، جايگزيني روش متداول مشتقگيري خودكار با فرمولبندي حجم محدود در تابع زيان شبكه و ادغام مدل چاه پيسمن جهت مدلسازي دقيق فشار ته چاهي است. عملكرد مدل در سه سطح از جمله مخازن همگن، ناهمگن و الگوي پيچيده پنجچاهي مستطيلي در مقياس ميداني مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاصل از اعتبارسنجي با شبيهساز تجاري (CMG)، دقت بالاي مدل را با ميانگين خطاي نسبي فشار كمتر از 5 درصد نشان ميدهد. همچنين، استفاده از استراتژي يادگيري انتقالي منجر به تسريع 3 برابري همگرايي در گامهاي زماني متوالي گرديد. اگرچه چالش هموارسازي جبهه اشباع در نواحي با گراديان شديد شناسايي شد، اما انطباق كامل الگوهاي جاروبي ثابت كرد كه مدل پيشنهادي ابزاري استوار و سريع براي توسعه دوقلوهاي ديجيتال و مديريت پروژههاي گذار انرژي ميباشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/01/16
عنوان به انگليسي
Development of a Physics-Constrained Deep Learning Model for Simulating Multiphase Flow in Porous Media
تاريخ بهره برداري
2/28/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محسن فلاحي
چكيده به لاتين
Accurate simulation of two-phase flow in porous media is the cornerstone of reservoir management and emerging underground hydrogen storage (UHS) projects. Despite the high fidelity of classical numerical methods, their prohibitive computational costs in large-scale systems and the physical inconsistency of purely data-driven machine learning models have necessitated a shift toward new computing paradigms. This research develops a Physics-Informed Convolutional Neural Network (PICNN) framework capable of solving the governing partial differential equations (PDEs) of oil-water flow without reliance on labeled training data. The core innovation lies in replacing the conventional automatic differentiation with a finite-volume-based formulation within the loss function and integrating the Peaceman well model to accurately capture bottom-hole pressure (BHP) dynamics. The modelʹs performance was evaluated across three levels of complexity, including homogeneous and heterogeneous reservoirs, and a complex rectangular five-spot pattern at the field scale. Validation results against a reference simulator (CMG) demonstrate high accuracy, with a mean relative pressure error of less than 5%. Furthermore, the implementation of a transfer learning strategy resulted in a 3-fold acceleration in convergence across successive timesteps. Although challenges regarding the smearing of the saturation front in high-gradient regions were identified, the excellent agreement in sweep patterns proves that the proposed model is a robust and efficient tool for digital twin development and the management of energy transition projects.
كليدواژه هاي فارسي
شبيهسازي مخزن , جريان دوفازي در محيط متخلخل , يادگيري عميق , شبكه عصبي پيچشي آگاه از فيزيك
كليدواژه هاي لاتين
Reservoir Simulation , Two-phase Flow in Porous Media , Deep Learning , Physics-Informed Convolutional Neural Network (PICNN)
Author
Mohsen Falahi
SuperVisor
Dr. Majid Siavashi