https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15152
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
filipefernandesdepaula.pdf | 11.71 MB | Adobe PDF | View/Open |
Type: | Tese |
Title: | Conservative numerical methods to solve the two-phase flow in porous media including foam displacemen |
Author: | Paula, Filipe Fernandes de |
First Advisor: | Igreja, Iury Higor Aguiar da |
Co-Advisor: | Chapiro, Grigori |
Co-Advisor: | Quinelato, Thiago de Oliveira |
Referee Member: | Zitha, Pacelli Lidio José |
Referee Member: | Correa, Maicon Ribeiro |
Referee Member: | Cavalcante Filho, José Sérgio de Araújo |
Referee Member: | Borges, Márcio Rentes |
Referee Member: | Rocha, Bernardo Martins |
Resumo: | Esta tese se dedica a investigar numericamente como a heterogeneidade, a gravidade e a adsorção de surfactantes afetam o deslocamento de espuma em um meio poroso saturado com água e gás. A presença de espuma na mistura água-gás atua no controle de mobilidade da fase gasosa, contribuindo para a redução dos efeitos de viscous fingering e da segregação gravitacional. Para modelar estes fenômenos, uma formulação de fluxo fracionário baseada no conceito de pressão global é empregada, resultando em um sistema de equações diferenciais parciais que descrevem dois problemas acoplados de natureza matemática distintas. A metodologia numérica é baseada na divisão do sistema de equações em dois subsistemas que agrupam equações do mesmo tipo e na aplicação de um método de elementos finitos híbridos para resolver o problema hidrodinâmico e um método de volumes finitos de alta ordem para resolver as equações de transporte. Neste sentido, um algoritmo sequencial é proposto utilizando um esquema de aproximação no tempo implícito e adaptativo. Resultados numéricos validam e mostram uma boa eficiência do algoritmo proposto quando confrontado com resultados de laboratório e comparado com técnicas numéricas usualmente empregadas para escoamentos multifásicos. Além disso, simulações computacionais em cenários complexos, que envolvem heterogeneidades, gravidade, compressibilidade do gás e fenômenos de adsorção mostram a notável capacidade da espuma de aumentar a eficiência de varredura quando comparado ao escoamento na ausência de espuma. |
Abstract: | This thesis is dedicated to numerically analyzing how heterogeneity, gravity, and surfactant adsorption affect foam displacement in a porous medium saturated with gas and water. The presence of foam in the water-gas mixture acts to control the mobility of the gas phase, contributing to reducing the effects of viscous fingering and gravity override. In order to model these phenomena, a fractional flow formulation based on the global pressure concept is employed, resulting in a system of partial differential equations that describe two coupled problems of distinct mathematical nature. The numerical methodology is based on splitting the system of equations into two subsystems that group equations of the same kind and on applying a hybrid finite element method to solve the hydrodynamic problem and a high-order finite volume method to solve the transport equations. Numerical results validate and show the proposed algorithm’s efficiency compared with laboratory results and numerical techniques usually used for multiphase flows. Furthermore, computer simulations in complex scenarios involving heterogeneities, gravity, gas compressibility, and adsorption phenomena show the remarkable ability of foam to increase sweep efficiency when compared to flow in the absence of foam. |
Keywords: | Método de elementos finitos Método de volumes finitos Espuma Surfactante Redução de mobilidade Meios porosos heterogêneos Finite element methods Finite volume methods Foam Surfactant Mobility reduction Heterogeneous porous media |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
Language: | eng |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
Institution Initials: | UFJF |
Department: | ICE – Instituto de Ciências Exatas |
Program: | Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional |
Access Type: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
Creative Commons License: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15152 |
Issue Date: | 15-Dec-2022 |
Appears in Collections: | Doutorado em Modelagem Computacional (Teses) |
This item is licensed under a Creative Commons License