22309

بررسي آزمايشگاهي ناپايداري انگشتي‌شدن جريان امتزاجي در محيط متخلخل شكاف‌دار

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

1399/3/11

دكتر حميد صفاري

دكتر سيد مصطفي حسينعليپور

مكانيك

ناپايداري انگشتي لزج يا كاناليزه‌شدن سيال پديده‌اي است كه به علت تفاوت ويسكوزيته در دو سيال جاري در يك محيط صورت مي‌گيرد. از كاربردهاي صنعتي اين پديده مي‌توان به عمليات برداشت ثانويه از مخازن نفتي، شبيه‌سازي جريان آب در سفره‌هاي زيرزميني و پخش آلودگي در آب‌هاي زيرزميني، اشاره كرد. شكاف در محيط متخلخل به ناحيه‌اي اطلاق مي‌شود كه در يك امتداد مشخص و ضخامت كم، داراي نفوذ‌پذيري بسيار بالا و تخلخل بسيار كم باشد. وجود شكاف در محيط متخلخل مي‌تواند با بروز پديده‌ي كاناليزه شدن جريان، تاثير بسزايي روي الگوهاي انگشتي و بهره‌وري جابجايي سيال داشته باشد كه اين مهم اهميت مطالعه آن را نشان مي‌دهد. در اين پژوهش، تعداد 33 مورد آزمايش‌ تجربي در بستر محيط متخلخل دوبعدي و در شرايط مختلف انجام گرفته است. همچنين مشخصه‌هاي كمي و كيفي ناپايداري بيان گرديده، مكانيزم‌هاي مختلف ناپايداري انگشتي توصيف شده و پارامترهاي كمي از جمله بازده جاروب، زمان ميان‌گذر، موقعيت بيشينه‌ي انگشتي‌ها با استفاده از پردازش تصوير در حالات مختلف اندازه‌گيري و با هم مقايسه شده‌اند. رفتار انگشتي‌ها به صورت رشته مكانيزم‌هايي شامل پخش‌شوندگي، تقسيم نوك انگشتي و حركت غالب مشاهده شده‌اند. در ابتدا سيال ورودي به سلول با مكانيزم تقسيم نوك انگشتي به تعداد زيادي انگشتي تقسيم شده و تعدادي از آن‌ها كه رشد نموده و جلوي پيشرفت انگشتي‌هاي ديگر را مي‌گيرد، به يكديگر پيوسته و انگشتي‌هاي واحدي را تشكيل دادند. با پيشروي سيال به سمت انتهاي سلول مكانيزم پخش‌شوندگي موجب حركت يكنواخت انگشتي‌ها به سمت جلو شد كه پهن شدن و غالب شدن انگشتي‌هاي موجود، نتيجه اين مكانيزم است. نرخ تزريق در بازه‌ي بين 88/35 تا 64/107 ميلي ليتر بر دقيقه انجام گرفت. با افزايش نرخ تزريق، از ميزان زمان ميان‌گذر كاسته شد و اين مقدار از حدود 20 ثانيه تا حدود 7 ثانيه متغير بود. به علاوه، افزايش سرعت تزريق باعث كاهش ميزان بازده جاروب شده و اين مقدار از 60 درصد تا 50 درصد در سلول‌هاي مختلف متغير بود. برجسته‌ترين اثر افزايش نسبت لزجت، پيچيده‌تر شدن الگوي انگشتي‌ها و تاثير بيشتر حضور شكاف در جابجايي سيال مي‌باشد. در شديدترين حالت اختلاف لزجت پديده تقسيم از كنار به‌وفور ديده شده و اتصال انگشتي‌ها به جبهه اصلي سيال نازك‌تر شد.

1399/07/07

Experimental analysis of viscous fingering instability in fractured porous media

6/1/2021 12:00:00 AM

Miscible viscous fingering instability in a rectangular flow cell with engraved porous matrix and fractures in different orientations is examined through experimental measurements and finger patterns were discussed in details to find out how fingers were generated or coalesced. Effect of injection rate, viscosity contrast, and fracture orientation on the instability was investigated. Image processing techniques were performed to measure quantitative parameters including breakthrough time, sweep efficiency, and tip position. It was revealed that as the injection rate and viscosity ratio increases, more complex fingers were produced and less efficiency was reported. In this respect, by increasing the complexity of the fingers, quantitative properties of fluid displacement such as sweep efficiency decrease significantly.