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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3422| Título: | Estudo numérica do processo de deslocamento de fluidos em meio poroso heterogêneo usando o método de Lattice Boltzmann |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical study of the fluid displacement process in heterogeneous porous medium using the Lattice Boltzmann |
| Autor(es): | Bazarin, Ricardo Leite Martins |
| Orientador(es): | Junqueira, Silvio Luiz de Mello |
| Palavras-chave: | Mecânica dos fluidos Materiais porosos - Dinâmica Método Lattice Boltzmann Engenharia térmica Escoamento multifásico Métodos de simulação Engenharia mecânica Fluid mechanics Porous materials - Dynamics Lattice Boltzmann methods Heat engineering Multiphase flow Simulation methods Mechanical engineering |
| Data do documento: | 13-Abr-2018 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BAZARIN, Ricardo Leite Martins. Estudo numérica do processo de deslocamento de fluidos em meio poroso heterogêneo usando o método de Lattice Boltzmann. 2018. 132 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. |
| Resumo: | No presente trabalho, o processo de deslocamento de fluidos imiscíveis em meio poroso heterogêneo é numericamente estudado com o propósito de investigar a eficiência de varredura durante o processo de recuperação do petróleo. Objetivando-se entender a influência dos parâmetros viscosos e capilares (razão de viscosidade e número de capilaridade), do efeito de molhabilidade (ângulo de contato estático) e das propriedades do meio poroso (porosidade e forma de poros). Para isto, o deslocamento de fluidos imiscíveis é simulado considerando a injeção de fluido em canal poroso preenchido por outro fluido. O canal poroso é idealizado para o plano bidimensional, onde o meio poroso heterogêneo é representado por ordens da geometria fractal do tapete de Sierpinski. As condições de contorno são prescritas como um escoamento plenamente desenvolvido do fluido injetado na entrada do canal, pressão constante na saída do canal e não deslizamento dos fluidos nas superfícies sólidas. Hipoteticamente, considera-se ambos fluidos newtonianos e incompressíveis, escoamento laminar, sistema isotérmico e molhabilidade homogênea. O deslocamento de fluidos através do meio poroso é modelado numericamente utilizando o método de Lattice Boltzmann, que possui uma abordagem mesoscópica fundamentada na teoria cinética de partículas, consistindo de uma forma discretizada da equação de Boltzmann que simula o problema através da colisão e propagação de partículas. Os resultados obtidos demonstram concordância no comportamento dos efeitos do número de capilaridade e razão de viscosidade, com outros resultados observados na literatura, sendo possível identificar a transição entre os estados de viscous fingering, capillary fingering e deslocamento estável. Em relação à influência da molhabilidade é observado o aumento da eficiência de varredura com diminuição do ângulo de contato estático tanto para o processo de imbibição como o de drenagem. Na análise dos parâmetros relacionados à estrutura do meio poroso, em geral, é observada uma diminuição da eficiência de varredura com a redução da porosidade, porém observa-se o aumento da eficiência de varredura para a segunda ordem do tapete de Sierpinski, interpretado como resultado da diminuição das regiões de recirculação do escoamento devido a redução da porosidade. |
| Abstract: | In the present work, the process of immiscible fluids displacement in a heterogeneous porous medium is numerically studied for the purpose of investigating the sweep efficiency during the oil recovery process. The objective of this work is to understand the influence of viscous and capillary parameters (viscosity ratio and capillarity number), wetting effect (static contact angle) and porous media properties (porosity and pore shape). For this, the immiscible fluids displacement is simulated considering the injection of fluid into a porous channel filled by another fluid. The porous channel is idealized to two-dimensional plane, where the heterogeneous porous medium is represented by fractal geometry orders of the Sierpinski carpet. The boundary conditions are applied as a fully developed flow of the injected fluid at the inlet of the channel, constant pressure at the outlet of the channel and no slip of the fluids on the solid surfaces. The fluids displacement through the porous medium is modeled numerically using the Lattice-Boltzmann method, which has a mesoscopic approach based on kinetic particle theory, consisting of a discretized form of the Boltzmann equation that simulates the problem by collision and streaming of particles. The results obtained demonstrate agreement on the behavior of the capillary number and viscosity ratio effects, with other results observed in the literature, and it is possible to identify the transition between the states of viscous fingering, capillary fingering and stable displacement. In relation to the influence of the wettability it is observed the increase of the sweep efficiency with decrease of the static contact angle for both the imbibition and the drainage process. In the analysis of the parameters related to the structure of the porous medium, in general, a reduction of the sweep efficiency with the reduction of the porosity is observed, however, it is observed the increase of the sweep efficiency for the second order of the Sierpinski carpet, interpreted as a result of the decrease of the recirculation regions of the flow due to the reduction of the porosity. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3422 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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