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Título: Análise de fluxo multifásico e multiescala em meios bimodais
Autor(es): Jesus, Sylvia Regina Corrêa Brant Pereira de
Orientador(es): Cordão Neto, Manoel Porfírio
Assunto: Homogeneização
Solos
Porosidade
Data de publicação: 24-Ago-2017
Referência: JESUS, Sylvia Regina Corrêa Brant Pereira de. Análise de fluxo multifásico e multiescala em meios bimodais. 2017. xx, 122 f., il. Tese (Doutorado em Geotecnia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Resumo: A presente pesquisa tem por objetivo avaliar a adequabilidade de uma formulação matemática para representação de problema de fluxo bifásico em meios multiescala. A abordagem utilizada prevê um modelo com dupla porosidade considerando duas escalas, macro e micro, para os problemas analisados. É prevista uma função de transferência para a interação entre a microescala e a macroescala do problema, além de um parâmetro de homogeneização para a adaptação da ordem de grandeza das equações de fluxo de cada uma das escalas avaliadas. Estuda-se a aplicabilidade de tal formulação para meios porosos multiescala como solos com distribuição de poros bimodal e como meios fraturados (maciços rochosos, reservatórios de petróleo). A formulação matemática apresentada foi implementada no software FlexPDE, um programa para resolução numérica de equações diferenciais parciais por meio do Método dos Elementos Finitos com sistema de malha auto-adaptativa para um domínio e com dados de entrada definidos pelo usuário. Foram realizados testes da formulação matemática implementada com a simulação de ensaios de permeabilidade, de secagem e de molhagem de uma amostra de solo bimodal teórica. Foram utilizados como dados de entrada do modelo numérico informações referentes à distribuição de poros da amostra, advindas de ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio (MIP). A avaliação dos resultados permite concluir que a formulação matemática utilizada é apropriada para a descrição de fluxo em um meio multiescala. A transferência de massa entre as escalas macro e micro dos problemas avaliados é observada e influencia o fluxo total da amostra de solo nos referidos casos. Foi proposta, ainda, uma metodologia para avaliação do grau de saturação de toda a amostra de solo com base nos resultados do grau de saturação de cada escala do meio. Foi possível calcular com precisão o grau de saturação, provando então ser viável a utilização do ensaio de MIP para a estimativa de relação entre grau de saturação e pressão capilar no solo, implicando em definição da curva característica da amostra.
Abstract: In the present research, a mathematical formulation for representation of biphasic flow problem in multiscale media is tested. The dual-porosity approach is chosen for the referred model, and two scales are considered for simulation purposes, macro and microscale, for a generic porous media. A transfer term is part of the flow equations, and it depicts the interaction of fluid mass between the scales of the medium. Also, a homogenization parameter is defined so as to make possible the adaptation of the flow equations in terms of scale. The suitability of the proposed formulation is assessed for multiscale porous media such as soils with a bimodal pore size distribution and fractured rocks. The mathematical model was implemented on the finite element method solver software FlexPDE. This software provides tools for the solution of differential partial equations with an auto-adaptive generation mesh system for domain of study, problem conditions and input data defined by the user. The formulation was tested with the simulation of permeability tests and drying and wetting trajectory simulations for a theoretical bimodal soil sample. The input data used for the numerical simulations was retrieved from mercury intrusion porosimetry test results. From the results, it is possible to infer that the proposed mathematical model, with the transfer term and homogenization parameter as presented, was appropriate for the description of the flow conditions of a multiscale medium. The mass transfer between the macro and the microscale is proven, and also its influence on the overall hydraulic behavior of the medium is verified. Furthermore, a methodology for determination of the degree of saturation of the entire soil sample based on the results achieved for each scale of the medium is suggested. The accuracy of the results is significant, proving that using the MIP test results as input data for the numerical model is possible. The estimation of the degree of saturation of the entire sample and capillary pressure values is made, and the soil-water characteristic curve of the sample could then be defined via numerical simulation.
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017.
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