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

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Ferreira, Gisiane Santos Simão
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Miscible flows; Compressible fluids; Jacobian free techniques; Generalized Kozeny-Karman Equation; Escoamento miscível; Fluidos compressíveis; Técnicas livres de Jacobiana; Kozeny-Carman Generalizada; Escoamento em meios porosos; Métodos de simulação; Modelo matemáticos; Equações diferenciais parciais; Soluções numéricas; Permeabilidade; CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA::ANALISE NUMERICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16358

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.