Численное исследование роли гистерезиса в гетерогенных системах двухфазного течения

Различные задачи, связанные с подземными водами, часто включают течение двух несмешивающихся флюидов в неоднородных пористых средах. Для оценки времени миграции опасных веществ в ненасыщенной зоне, а также мониторинга и прогнозирования поведения загрязнений подземных вод необходимо разрабатывать эффективные инструменты и подходы, обеспечивающие точное прогнозирование поведения двухфазного потока в неоднородных пористых средах. Однако это непростая задача, поскольку неоднородности, наблюдаемые на различных пространственных масштабах, оказывают сильное влияние на распределение фаз флюидов и поэтому являются существенным источником неопределенности. Кроме того, прогнозирование двухфазного потока в неоднородных пористых средах осложняется чередованием условий дренирования и пропитывания, возникающих в сложной неоднородной структуре пор и приводящих к эффектам гистерезиса в зависимости капиллярного давления от насыщенности. Численное моделирование широко применяется для прогнозирования гистерезисного двухфазного потока в неоднородных пористых средах при лабораторных и полевых исследованиях. Однако этот подход требует глубокого знания гидравлических свойств материалов, образующих неоднородные структуры, рассматриваемые в конкретной задаче. Традиционно гидравлические свойства и гистерезисное поведение пористых сред эмпирически определяют на локальном масштабе с помощью лабораторных экспериментов на образцах материалов. С другой стороны, альтернативные методы предполагают прямое определение гидравлических свойств, включая гистерезисные зависимости капиллярного давления от насыщенности, на основе рассмотрения структуры пор на поровом масштабе. Для этого используют имеющуюся информацию о поровой структуре материала. Тем не менее остается неясным, насколько точными могут быть прогнозы в задачах гистерезисного двухфазного течения в пористых средах, даже при применении передовых современных методов определения гидравлических свойств на различных масштабах. Первая часть данной диссертации посвящена реализации двух гист...