Simulação computacional do escoamento de fluidos miscíveis e compressíveis em meios porosos através de técnicas livres de Jacobiana

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Ferreira, Gisiane Santos Simão lattes
Orientador(a): Oliveira, Luiz Nélio Henderson Guedes de lattes
Banca de defesa: Faria, Daiara Fernandes de lattes, Boy, Grazione de Souza lattes, Correa, Maicon Ribeiro lattes, Oliveira, Sanderson Lincohn Gonzaga de lattes
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16358
Resumo: This work deals with numerical modeling and simulation of single-phase flow in heterogeneous porous media of a fractal nature, where fluid is considered miscible and compressible. Porous media are modeled by the Generalized Kozeny Carmam Equation with three parameters (KCG), which relates porosity to permeability. This equation is able to generalize different models existing in the literature and, therefore, is of very general use. The free Jacobian software developed here for solving problems formulated by nonlinear partial differential equations is of growing interest for similar practical engineering processes. The so-called “Free derivative spectral algorithm” was used for nonlinear equations in the transfer simulation in porous media. The model considered herein is that employed to describe the displacement of miscible compressible fluid in porous media with sources and sinks, where a density of the fluid mixture varies exponentially with pressure. The spectral algorithm used is a modern method for the solution of large nonlinear systems, it does not use any explicit information associated with the Jacobian matrix. The two-dimensional flow models are presented, together with the numerical results comparing the spectral algorithm with the Jacobian free inexact Newton method. The results of this work show that this modern spectral algorithm is a reliable and efficient method for the simulation of compressible porous media flow. The results shown in the KCG model are able to generate heterogeneous means, including features that can be captured from physical phenomena that are generally generally challenges for to access for classical finite difference simulators, as example the viscous fingering phenomena that occurs when there is an adverse mobility relation.
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Porous media are modeled by the Generalized Kozeny Carmam Equation with three parameters (KCG), which relates porosity to permeability. This equation is able to generalize different models existing in the literature and, therefore, is of very general use. The free Jacobian software developed here for solving problems formulated by nonlinear partial differential equations is of growing interest for similar practical engineering processes. The so-called “Free derivative spectral algorithm” was used for nonlinear equations in the transfer simulation in porous media. The model considered herein is that employed to describe the displacement of miscible compressible fluid in porous media with sources and sinks, where a density of the fluid mixture varies exponentially with pressure. The spectral algorithm used is a modern method for the solution of large nonlinear systems, it does not use any explicit information associated with the Jacobian matrix. The two-dimensional flow models are presented, together with the numerical results comparing the spectral algorithm with the Jacobian free inexact Newton method. The results of this work show that this modern spectral algorithm is a reliable and efficient method for the simulation of compressible porous media flow. The results shown in the KCG model are able to generate heterogeneous means, including features that can be captured from physical phenomena that are generally generally challenges for to access for classical finite difference simulators, as example the viscous fingering phenomena that occurs when there is an adverse mobility relation.Este trabalho trata da modelagem e da simulação numérica do escoamento monofásico em meios porosos heterogêneos de natureza fractal, no qual o fluido é considerado miscível e compressível. Os meios porosos são modelados pela Equação de Kozeny-Carman Generalizada a três parâmetros (KCG), a qual relaciona a porosidade com a permeabilidade. Essa equação é capaz de generalizar diferentes modelos existentes na literatura. O software livre de Jacobiana, desenvolvido neste trabalho, para a resolução de problemas formulados em termos de equações diferenciais parciais não-lineares é de interesse crescente para simular processos práticos de engenharia. O chamado “Algoritmo espectral livre de derivadas” foi utilizado na solução de equações não-lineares oriundas da modelagem de escoamentos em meios porosos. O modelo, que foi considerado nesta pesquisa, é aquele empregado para descrever o deslocamento de fluido compressível miscível em meios porosos com fontes e sumidouros, no qual a densidade da mistura de fluidos varia exponencialmente com a pressão. O algoritmo espectral utilizado é um método moderno para a solução de sistemas não-lineares de grande porte, não utiliza qualquer informação explícita associada com a matriz Jacobiana. Modelos para escoamentos bidimensionais são apresentados juntamente com os resultados numéricos, comparando o algoritmo espectral com um método de Newton inexato livre de Jacobiana. Os resultados deste trabalho mostram que esse algoritmo espectral moderno é um método confiável e eficiente para a simulação de escoamentos compressíveis em meios porosos. Os resultados mostram que o modelo KCG é capaz de gerar meios porosos heteroêneos, cujas características permitem a captura de fenômenos físicos que são geralmente desafiadores para muitos simuladores em diferenças finitas clássicas, como fenômeno de formação de fingers viscosos que ocorre quando a razão de mobilidades é adversa.Submitted by Pâmela CTC/E (pamela.flegr@uerj.br) on 2021-07-20T10:32:11Z No. of bitstreams: 1 Tese_GisianeSantosSimãoFerreira.pdf: 3946381 bytes, checksum: a3cf0dfd1d081d1486add271ffeb6ccb (MD5)Made available in DSpace on 2021-07-20T10:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_GisianeSantosSimãoFerreira.pdf: 3946381 bytes, checksum: a3cf0dfd1d081d1486add271ffeb6ccb (MD5) Previous issue date: 2020-02-17Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto PolitécnicoMiscible flowsCompressible fluidsJacobian free techniquesGeneralized Kozeny-Karman EquationEscoamento miscívelFluidos compressíveisTécnicas livres de JacobianaKozeny-Carman GeneralizadaEscoamento em meios porososMétodos de simulaçãoEscoamento em meios porososModelo matemáticosEquações diferenciais parciaisSoluções numéricasPermeabilidadeCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA::ANALISE NUMERICASimulação computacional do escoamento de fluidos miscíveis e compressíveis em meios porosos através de técnicas livres de Jacobianainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALTese -Gisiane Santos Simão Ferreira - 2020 - Completa.pdfTese -Gisiane Santos Simão Ferreira - 2020 - Completa.pdfapplication/pdf3946381http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/16358/2/Tese+-Gisiane+Santos+Sim%C3%A3o+Ferreira+-+2020+-+Completa.pdfa3cf0dfd1d081d1486add271ffeb6ccbMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/16358/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/163582024-02-27 15:26:36.864oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:26:36Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
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