مطالعه عددي پديده انگشتي شدن جريان لزج امتزاجي در محيط متخلخل شكاف دار

كارشناسي ارشد

مطالعات مربوط به ناپايداري انگشتي لزج در محيط‌هاي متخلخل با توجه به كاربردهاي آن از جمله ازدياد برداشت مخازن نفت، سفره‌هاي زيرزميني آب و فيلتراسيون اهميت بسيار زيادي دارد. جابجايي سيالي با لزجت بيشتر توسط سيال با لزجت كمتر منجر به ناپايداري در سطح مشترك دو سيال و درنتيجه شكل‌گيري الگوهايي شبيه به انگشت مي‌گردد كه به آن ناپايداري انگشتي لزج مي گويند. در اين پژوهش برخلاف بيشتر پژوهش‌هاي پيشين كه در آن‌ها از معادله دارسي دو فاز براي بررسي تقريبي ناپايداري‌ها استفاده شده بود، از يك مدل دو بعدي بر اساس كوپل شدن معادلات جريان در محيط متخلخل و انتقال گونه هاي آبكي با قابليت شبيه سازي محيط هاي داراي شكاف استفاده شده است. در اين مدل حركت جريان در سلول توسط قانون دارسي شبيه سازي خواهد شد و سرعت بدست آمده از دارسي در هر نقطه به عنوان ورودي در معادله انتقال گونه ها جايگذاري مي شود. بنابراين مي توان در شرايط ويژه مانند محيط هاي غير دارسي، بي جاي قانون دارسي از معادله برينكمن بهره برد. در اين پژوهش براي اولين بار مشخصه‌هاي مختلف ناپايداري هم به صورت كيفي و هم به صورت كمي بر اساس اعداد بي‌بعدِ مربوط به نرخ تزريق(پكلت) و لزجت سيال(نسبت لزجت)، بيان گرديده است. از طرفي مطالعه گسترده اي بر روي مشخصه هاي شكاف و اثر آنها در شكل گيري و رشد انگشتي ها صورت گرفته است. در هر مورد مكانيزم‌هاي مختلف مشاهده شده در آن توصيف شده و پارامترهاي بازده جاروب، سرعت متوسط نوك انگشتي‌ها، بعد فراكتالي با استفاده از پردازش تصوير اندازه‌گيري شده و با هم مقايسه مي شوند. با تجزيه و تحليل نتايج مشاهده شد كه با افزايش نرخ تزريق، شكل انگشتي‌ها پيچيده‌تر مي شود و تقسيم نوك انگشتي‌ها افزايش مي يابد. اين عوامل در نهايت منجر به كاهش بازده جاروب سلول خواهد شد. همين طور افزايش اختلاف لزجت بين دو سيال موجب افزايش طول مرز مشترك و بعد فراكتالي خواهد شد. با وجود شكاف در ورودي شاهد جذب شدن انگشتي ها به محيط شكاف بوديم كه ميزان اين جذب شدگي با افزايش نفوذپذيري و گشودگي شكاف رابطه اي مستقيم داشت. با افزايش زاويه شكاف تا 90 درجه اين مقدار كاهش مي يابد كه خود موجب افزايش بازده جاروب مي شود. همينطور افزايش زاويه و ابعاد و نفوذپذيري شكاف باعث كاهش پيچيدگي انگشتي ها و افزايش بازده جاروب مي شود. واژه‌هاي كليدي: محيط متخلخل، شكاف، جابجايي امتزاج‌پذير، ناپايداري انگشتي لزج، معادله برينكمن، قانون دارسي

193743

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

مكانيك

دكتر حميد صفاري