Нелинейные режимы конвекции трехкомпонентной смеси в двухслойной пористой среде
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.1.10Ключевые слова:
конвекция, диффузия, термодиффузия, углеводородные смеси, пористая средаАннотация
Численно исследованы возникновение и нелинейные режимы конвекции смеси, состоящей из метана (35%), этана (35%) и бутана (30%), в вытянутой в горизонтальном направлении прямоугольной области пористой среды под действием геотермального градиента. Область имеет твердые, непроницаемые для вещества границы и образована двумя горизонтальными слоями, высоты которых соотносятся как 1:3. Слои характеризуются равной пористостью, но отличаются значениями проницаемости. Величины пористости и проницаемости выбирались близкими к значениям реальных сред, таких как пески, песчаники или известняки. Компоненты анализируемой смеси принадлежат к основным группам химических соединений, присутствующих в почвах нефтегазовых месторождений. Таким образом, описанная конфигурация представляет собой модель углеводородной залежи. Рассмотрены случаи, когда значение проницаемости верхнего слоя выше, чем нижнего, и, наоборот, нижний слой более проницаем, чем верхний. Остальные параметры пористой среды считаются одинаковыми во всей расчетной области. Задача решается в рамках модели Дарси-Буссинеска с учетом эффекта термодиффузии. Прослежена временная эволюция локальных характеристик и структуры формирующегося течения и распределения компонентов смеси. В более проницаемом слое меньшей высоты показан «локальный» характер возникновения конвекции. Именно при таком сочетании высоты и проницаемости в этом слое зарождается тчение и, в процессе развития конвекции, оно начинает проникать в менее проницаемый слой, однако центры формирующихся вихрей заметно сдвинуты в сторону более проницаемого слоя. Аналогичное смещение вихрей наблюдается и в толстом слое, если он обладает большей проницаемостью. Однако в этом случае конвекция носит «крупномасштабный» характер.
Скачивания
Библиографические ссылки
Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Циберкин К.Б. Численное моделирование инфильтрации жидких отходов из хранилища в прилегающие грунтовые воды и поверхностные водоёмы // Вычисл. мех. сплош. сред. 2015. Т. 8, № 3. С. 310-318. http://dx.doi.org/10.7242/1999-6691/2015.8.3.26">http://dx.doi.org/10.7242/1999-6691/2015.8.3.26
Lyubimova T.P., Lyubimov D.V., Baydina D.T., Kolchanova E.A., Tsiberkin K.B. Instability of plane-parallel flow of incompressible liquid over a saturated porous medium // Phys. Rev. E. 2016. Vol. 94. 013104. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.94.013104">http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.94.013104
Collell J., Galliero G., Vermorel R., Ungerer P., Yiannourakou M., Montel F., Pujol M. Transport of multicomponent hydrocarbon mixtures in shales organic matter by molecular simulations // J. Phys. Chem. C. 2015. Vol. 119. P. 22587-22595. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b07242">http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b07242
Maryshev B., Lyubimova T., Lyubimov D. Two-dimensional thermal convection in porous enclosure subjected to the horizontal seepage and gravity modulation // Phys. Fluid. 2013. Vol. 25. 084105. http://dx.doi.org/10.1063/1.4817375">http://dx.doi.org/10.1063/1.4817375
Barvier E. Geothermal energy technology and current status: an overview // Renew. Sustain. Energ. Rev. 2002. Vol. 6.
P. 3-65. https://doi.org/10.1016/S1364-0321(02)00002-3">https://doi.org/10.1016/S1364-0321(02)00002-3
Charrier-Mojtabi M.C., Elhajjar B., Mojtabi A. Analytical and numerical stability analysis of Soret-driven convection in a horizontal porous layer // Phys. Fluid. 2007. Vol. 19. 124104. https://doi.org/10.1063/1.2821460">https://doi.org/10.1063/1.2821460
Ryzhkov I.I., Shevtsova V.M. On thermal diffusion and convection in multicomponent mixtures with application to the thermogravitational column // Phys. Fluid. 2007. Vol. 19. 027101. https://doi.org/10.1063/1.2435619">https://doi.org/10.1063/1.2435619
Benano-Melly L.B., Caltagirone J.-P., Faissat B., Montel F., Costeseque P. Modeling Soret coefficient measurement experiments in porous media considering thermal and solutal convection // Int. J. Heat Mass Tran. 2001. Vol. 44. P. 1285-1297. https://doi.org/10.1016/S0017-9310(00)00183-6">https://doi.org/10.1016/S0017-9310(00)00183-6
Lyubimova T., Zubova N. Nonlinear regimes of the Soret-induced convection of ternary fluid in a square porous cavity // Transp. Porous Med. 2019. Vol. 127. P. 559-572. https://doi.org/10.1007/s11242-018-1211-2">https://doi.org/10.1007/s11242-018-1211-2
Любимова Т.П., Зубова Н.А. Возникновение и нелинейные режимы конвекции трехкомпонентной смеси в прямоугольной области пористой среды с учетом эффекта Соре // Вычисл. мех. сплош. сред. 2019. Т. 12, № 3.
С. 249-262. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.21">https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.21
Bonté D., Van Wees J.-D., Verweij J.M. Subsurface temperature of theonshore Netherlands: new temperature dataset and modelling // Geol. Mijnbouw. 2012. Vol. 91. P. 491-515. https://doi.org/10.1017/S0016774600000354">https://doi.org/10.1017/S0016774600000354
Pasquale V., Chiozzi P., Verdoya M. Evidence for thermal convection in the deep carbonate aquifer of the eastern sector of the Po Plain, Italy // Tectonophysics. 2013. Vol. 594. P. 1-12. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.03.011">https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.03.011
Guillou-Frottier L., Carré C., Bourgine B., Bouchot V., Genter A. Structure of hydrothermal convection in the Upper Rhine Graben as inferred from corrected temperature data and basin-scale numerical models // J. Volcanol. Geoth. Res. 2013. Vol. 256. P. 29-49. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2013.02.008">https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2013.02.008
Lipsey L., Pluymaekers M., Goldberg T., van Oversteeg K., Ghazaryan L., Cloetingh S., van Wees J.-D. Numerical modelling of thermal convection in the Luttelgeest carbonate platform, the Netherlands // Geothermics. 2016. Vol. 64. P. 135-151. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.05.002">https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.05.002
Nasrabadi H., Hoteit H., Firoozabadi A. An analysis of species separation in thermogravitational column filled with porous media // Transp. Porous Med. 2007. Vol. 67. P. 473-486. https://doi.org/10.1007/s11242-006-9037-8">https://doi.org/10.1007/s11242-006-9037-8
Larabi M.A., Mutschler D., Mojtabi A. Thermal gravitational separation of ternary mixture n‑dodecane/isobutylbenzene/tetralin components in a porous medium // J. Chem. Phys. 2016. Vol. 144. 244902. https://doi.org/10.1063/1.4954244">https://doi.org/10.1063/1.4954244
Abahri O., Sadaoui D., Mansouri K., Mojtabi A., Mojtabi M.C. Thermogravitational separation in horizontal annular porous cell // Mechanics & Industry. 2017. Vol. 18. 106. https://doi.org/10.1051/meca/2015115">https://doi.org/10.1051/meca/2015115
Soboleva E. Density-driven convection in an inhomogeneous geothermal reservoir // Int. J. Heat Mass Tran. 2018. Vol. 127. P. 784-798. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.019">https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.019
Губкин И.М. Учение о нефти. М.: Наука, 1975. 387 с.
Wangen M., Throndsen T. Simple 3-D modeling of hydrocarbon migration // Multidimensional basin modeling / Ed. S. Du¨ppenbecker, R. Marzi. AAPG/Datapages Discovery Series, 2003. P. 243-253.
Wen B., Akhbar D., Zhang L., Hesse M.A. Convective carbon dioxide dissolution in a closed porous medium at low pressure // J. Fluid Mech. 2018. Vol. 854. P. 56-87. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.622">https://doi.org/10.1017/jfm.2018.622
Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. Springer, 2013. 778 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5541-7">https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5541-7
De Paoli M., Zonta F., Soldati A. Dissolution in anisotropic porous media: Modelling convection regimes from onset to shutdown // Phys. Fluid. 2017. Vol. 29. 026601. https://doi.org/10.1063/1.4975393">https://doi.org/10.1063/1.4975393
Nield D.A., Kuznetsov A.V. The onset of convection in an anisotropic heterogeneous porous medium: A new hydrodynamic boundary condition // Transp. Porous Med. 2019. Vol. 127. P. 549-558. https://doi.org/10.1007/s11242-018-1210-3">https://doi.org/10.1007/s11242-018-1210-3
Soboleva E. Numerical investigations of haline-convective flows of saline groundwater // J. Phys. Conf. Ser. 2017. Vol. 891. 012104. https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012104">https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012104
Soboleva E. Numerical simulation of haline-convection in geothermal reservoirs // J. Phys. Conf. Ser. 2017. Vol. 891. 012105. https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012105">https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012105
Zech A., Zehner B., Kolditz O., Attinger S. Impact of heterogeneous permeability distribution on the groundwater flow systems of a small sedimentary basin // J. Hydrol. 2016. Vol. 532. P. 90-101. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.11.030">https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.11.030
Salibindla A.K.R., Subedi R., Shen V.C., Masuk A.U.M., Ni R. Dissolution-driven convection in a heterogeneous porous medium // J. Fluid Mech. 2018. Vol. 857. P. 61-79. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.732">https://doi.org/10.1017/jfm.2018.732
Kocberber S., Collins R.E. Impact of reservoir heterogeneity on initial distributions of hydrocarbons // SPE Annual Technical Conference and Exhibition. New Orleans, Louisiana, September 23-26, 1990. P. 175-201. https://doi.org/10.2118/20547-MS">https://doi.org/10.2118/20547-MS
Ghorayeb K., Firoozabadi A. Modeling multicomponent diffusions and convection in porous media // SPE J. 2000. Vol. 5. P. 158-171. https://doi.org/10.2118/62168-PA">https://doi.org/10.2118/62168-PA
Рыжков И.И. Термодиффузия в смесях: уравнения, симметрии, решения и их устойчивость. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. 215 с.
Lyubimova T., Zubova N. Onset and nonlinear regimes of ternary mixture convection in a square cavity // Eur. Phys. J. E. 2015. Vol. 38. 19. https://doi.org/10.1140/epje/i2015-15019-2">https://doi.org/10.1140/epje/i2015-15019-2
Forster S., Bobertz B., Bohling B. Permeability of sands in the coastal areas of the southern Baltic Sea: mapping a grain-size related sediment property // Aquatic Geochemistry. 2003. Vol. 9. P. 171-190. https://doi.org/10.1023/B:AQUA.0000022953.52275.8b">https://doi.org/10.1023/B:AQUA.0000022953.52275.8b
Iscan A.G., Kok M.V. Porosity and permeability determinations in sandstone and limestone rocks using thin section analysis approach // Energy Sources, Part A. 2009. Vol. 31. P. 568-575. https://doi.org/10.1080/15567030802463984">https://doi.org/10.1080/15567030802463984
McKibbin R., O’Sullivan M.J. Onset of convection in a layered porous medium heated from below // J. Fluid Mech. 1980. Vol. 96. P. 375-393. https://doi.org/10.1017/S0022112080002170">https://doi.org/10.1017/S0022112080002170
McKibbin R., O’Sullivan M.J. Heat transfer in a layered porous medium heated from below // J. Fluid Mech. 1981. Vol. 111. P. 141-173. https://doi.org/10.1017/S0022112081002334">https://doi.org/10.1017/S0022112081002334
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2021 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
