مدل‌سازی عددی اثر زبری بر رفتار جریان سیال در شکستگی طبیعی سنگ با استفاده از نرم افزار fluent

در بسیاری از پروژه‌های مهندسی ژئومکانیک، شناخت رفتار هیدرولیکی شکستگی‌های سنگی به عنوان بخش تراوای توده‌سنگ ضروری است. پارامترهای هندسی شکستگی، نظیر زبری دیواره‌ها و بازشدگی شکستگی تاثیر چشم‌گیری در رفتار هیدرولیکی و مکانیکی آن دارد، در این مقاله این پارامترها به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در تهیه مدل هندسی از اسکن سه بعدی دیواره‌های شکستگی سنگ طبیعی استفاده شده و با استفاده از نرم افزار fluent و حل معادله‌های ناویر استوکس در این مدل، جریان سیال در شکستگی سنگ شبیه‌سازی شده است. اعتبار مدل‌سازی عددی نیز با نتایج آزمایشگاهی کنترل شده که حاکی از صحت روش مدل‌سازی است. در ادامه برای محدوده وسیعی از نرخ جریان و زبری‌های متفاوت با استفاده از این مدل عددی، جریان سیال در شکستگی سنگی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مدلسازی نشان می‌دهد که رابطه ماکروسکوپی فورچمهیر به خوبی جریان غیرخطی سیال در شکستگی سنگی را توصیف می‌کند. مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی معادله فورچمهیر برای هریک از مدل‌های هندسی برآورد شده است. افزون برآن نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که با افزایش بازشدگی، مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی کاهش می‌یابد.

Numerical modeling of roughness effect on fluid flow behavior in natural rock fracture with Fluent Software

Rock fracture as a weakness plane in most cases determines the mechanical and hydraulic behavior of the rock mass. In many geomechanical projects such as exploitation of hydrocarbon reservoirs and storage of hydrocarbon materials, recognition of mechanical and hydraulic behavior of fractures is one of the most important issue of the study in design and implement. The most important parameter affecting fracture behavior is the geometry of features such as aperture and roughness. In this manuscript, these parameters are numerically studied.Using the cloud points obtained by scanning the natural fracture surfaces, the digital geometry model is made. The fluid flow is simulated in a rock fracture by solving NavierStokes equations, in these geometric models, using fluent software.The validity of this numerical modeling has been tested with the results of laboratory experiments, which suggests that the modeling method is correct.fluid flow in a rock fracture was investigated for a wide range of fluid flow rates and different roughness using this numerical model. The results of this numerical modeling demonstrate that the Forchheimer’s relation describes well the flow of nonlinear fluid in a rock fracture.Also, the linear and nonlinear coefficients of the Forchheimer equation are estimated for each geometry. The results show that linear and nonlinear values increase with increasing the aperture.