Modelowanie przepływów w ośrodkach porowatych w mikroskali: dane mikroobrazowe, symulacje, wizualizacja

Kontekstem tego wykładu są zastosowania należące do obszaru inżynierii środowiska, dotyczące modelowania procesów zachodzących w złożach podziemnych.

Istotną cechą ośrodków porowatych jest wieloskalowość, a użyteczność konkretnych modeli zależy od skali, w jakiej rozpatrywane jest zjawisko. Ośrodki porowate najczęściej rozważane są jako continuum, charakteryzujące się pewną przepuszczalnością, a przepływ jest opisywany za pomocą makroskopowego prawa Darcy. W odpowiednio małej skali przestrzennej, określanej jako mikroskala, w ośrodku porowatym można wyróżnić strukturę stałego szkieletu oraz pustych przestrzeni – porów. Przepływ następuje przez sieć połączonych ze sobą porów i jest opisywany za pomocą równań Naviera-Stokesa.

Prowadzenie symulacji obliczeniowych przepływów w mikroskali, uwzględniających złożone kształty obszarów obliczeniowych, stanowi poważne wyzwanie i stało się wykonalne dopiero od niedawna dzięki znaczącemu wzrostowi dostępnych mocy obliczeniowych.

Podczas wykładu zostaną przedstawione elementy 'wirtualnego laboratorium’ umożliwiającego komputerowe modelowanie przepływów w ośrodkach porowatych w mikroskali, począwszy od tworzenia opisu geometrii obszarów obliczeniowych otrzymanych na podstawie danych mikroobrazowych, przez wykonywanie numerycznych symulacji, po wizualizację wyników. Na podstawie odpowiednio uśrednionych rozwiązań równań przepływu uzyskanych w mikroskali można budować lub ulepszać modele obowiązujące w większych skalach przestrzennych oraz wyznaczać ich parametry.

Jako przykład zostanie omówione badanie przepływów o prędkościach wykraczających poza zakres stosowalności liniowego prawa Darcy oraz badanie wpływu zmian struktury porów na przepuszczalność ośrodka.