اعتبارسنجی شبیه‌سازی عددی جریان سیال عبوری از شکستگی‌های سنگی زبر با استفاده از مدلسازی فیزیکی مبتنی بر چاپ سه‌بعدی

اعتبارسنجی مدل‌های عددی، ابزاری کلیدی برای استفاده در تحلیل‌های پیشرفته مانند جریان‌های غیرخطی و شبکه‌های پیچیده شکستگی محسوب می‌شود. مدلسازی‌های عددی مبتنی بر قانون مکعب، در شبیه‌سازی اثرات زبری سطح و تغییرات فشار هیدرولیکی دقت کافی را ندارند. فلذا تدقیق و تطبیق آنها با نتایج آزمایشگاهی دقیق و داده‌های تجربی ضروری است. در این زمینه تکرارپذیری نمونه‌های مورد آزمایش و تطبیق کامل نمونه‌های آزمایش عددی و تجربی در شرایط مرزی مختلف نیازمند چاپ و کپی‌سازی با دقت بالا است. در این مطالعه، نمونه‌های شکستگی با زبری‌های کنترل‌شده (jrc=0، 10،20) به‌وسیله چاپ سه‌بعدی تولید شدند. آزمایش‌ها تحت فشارهای هیدرولیکی مختلف انجام شد و نرخ جریان و توزیع فشار ثبت گردید. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار star-ccm+ و روش حجم محدود برای حل معادلات ناویر- استوکس انجام شد. نتایج نشان داد داده‌های عددی و آزمایشگاهی با خطای کمتر از %3 مطابقت دارند. افزایش زبری سطح موجب کاهش نرخ جریان شد؛ به‌عنوان نمونه، در فشار 195 پاسکال، دبی از 523.51 میلی‌لیتر بر دقیقه (jrc=0) به 418.808 میلی‌لیتر بر دقیقه (jrc=20) کاهش یافت. همچنین، افزایش فشار هیدرولیکی به‌طور خطی نرخ جریان را افزایش داد؛ برای jrc=10، دبی از 481.629 میلی‌لیتر بر دقیقه در 195 پاسکال به 1062.8392 میلی‌لیتر بر دقیقه در 489 پاسکال رسید. این پژوهش نشان داد که ستاپ آزمایشگاهی طراحی‌شده قادر به اعتبارسنجی دقیق مدل‌های عددی است و این مدل‌های عددی و ستاپ آزمایشگاهی را برای تحلیل‌های پیشرفته‌تر، نظیر جریان‌های غیرخطی و شکستگی‌های متقاطع می‌توان استفاده کرد.