Module Subsurface Flow

Ecoulement lent en milieu poreux

La loi de Darcy décrit le mouvement d'un fluide à travers les interstices d'un milieu poreux saturé, induit par un gradient de pression, dans lequel le transfert de quantité de mouvement dû aux contraintes de cisaillement dans le fluide est négligeable. L'interface Loi de Darcy calcule la pression. Le champ de vitesse est ensuite déterminé par le gradient de pression, la viscosité du fluide et la perméabilité.

Ecoulement en milieu poreux à saturation variable

L'équation de Richards décrit le mouvement d'un fluide dans un milieu poreux partiellement saturé, en prenant en compte les changements des propriétés hydrauliques au fur et à mesure de la saturation ou de l'insaturation de certains pores. L'interface Equation de Richards contient différents modèles de rétention de fluide intégrés que l'utilisateur peut sélectionner, comme les modèles de van Genuchten ou de Brooks–Corey. A l'instar de l'interface Loi de Darcy seule la pression est calculée. L'équation de Richards est non linéaire car les propriétés hydrauliques varient en fonction de la saturation.

Transfert de chaleur en milieu poreux

Le transfert de chaleur dans les milieux poreux se produit par conduction, convection et dispersion. La dispersion est causée par le parcours tortueux du liquide dans le milieu poreux, qui ne serait pas décrit si seul le terme de convection moyen était pris en compte. Dans de nombreux cas, la phase solide peut être composée de plusieurs matériaux de conductivités différentes et il peut également y avoir un certain nombre de fluides différents. L'interface Transfert de chaleur dans les milieux poreux prend automatiquement en compte ces facteurs, et des modèles sont fournis pour calculer les propriétés de transfert de chaleur effectives.

Le fluide contenu dans l'espace des pores peut subir une ou plusieurs transitions de phase, ce qui est intéressant lorsque l'on modélise le gel du sol. Une fonctionnalité spécialisée Matériau avec changement de phase vous permet de modéliser cela ainsi que des procédés similaires en spécifiant deux matériaux et les propriétés de changement de phase (température de changement de phase, intervalle de transition, chaleur latente).

Ecoulement laminaire et rampant

Pour une flexibilité maximale, le module Subsurface Flow permet de simuler l'écoulement dans des milieux libres ainsi que dans des milieux poreux. La modélisation d'écoulements transitoires et stables à des nombres de Reynolds relativement faibles est possible avec les interfaces Ecoulement laminaire et Ecoulement rampant. La viscosité d'un fluide peut dépendre de la composition et de la température locales, ou de tout autre champ qui est modélisé en combinaison avec l'écoulement du fluide.

Poroelasticité

La compaction et le gonflement peuvent être modélisés avec une interface physique dédiée à la poroélasticité, qui combine une formulation transitoire de la loi de Darcy avec un modèle de matériau élastique linéaire de la matrice poreuse. L'écoulement du fluide affecte la compressibilité du milieu poreux, tandis que les variations des déformations volumétriques affectent à leur tour le transport de la quantité de mouvement, de la matière et de la chaleur. Pour utiliser ces effets, l'interface multiphysique Poroelasticité comprend une expression du tenseur des contraintes, en fonction de la déformation volumétrique, et du coefficient de Biot-Willis.

Ecoulement rapide en milieux poreux

Les équations de Brinkman prennent en compte les écoulements rapides en milieux poreux, le potentiel cinétique résultant de la vitesse du fluide, de la pression et de la gravité étant à l'origine de l'écoulement. L'interface Equations de Brinkman généralise la loi de Darcy pour calculer la dissipation de l'énergie cinétique par le cisaillement visqueux, de façon similaire aux équations de Navier-Stokes. De plus, avec le module CFD, vous pouvez combiner un écoulement rapide en milieu poreux avec un écoulement turbulent.

Ecoulement non Darcien

La loi de Darcy et la correction de Brinkman à la loi de Darcy ne s'appliquent que lorsque la vitesse interstitielle dans les pores est suffisamment faible pour que l'approximation de l'écoulement rampant tienne. Pour des vitesses interstitielles plus élevées, une correction non linéaire supplémentaire peut être incluse dans l'équation de la quantité de mouvement. De nombreux modèles de perméabilité sont disponibles dans le module Subsurface Flow pour modéliser des écoulements non Darciens en milieux poreux: L'interface Equations de Brinkman comprend les modèles de Forchheimer et Ergun, et les interfaces Loi de Darcy et Ecoulement multiphasique en milieu poreux comprennent les modèles Forchheimer, Ergun, Burke–Plummer, et Klinkenberg.

Ecoulement en fracture

Des fractures dans un milieu poreux affectent les propriétés de l'écoulement à travers la matrice poreuse. L'interface Ecoulement en fracture résout la pression sur les frontières internes (2D) dans une matrice 3D, selon une ouverture définie par l'utilisateur. La pression calculée est automatiquement couplée à la physique décrivant l'écoulement du milieu poreux dans la matrice environnante, approximation qui permet d'économiser le temps et les ressources de calcul nécessaires au maillage des fractures.

Ecoulement multiphasique en milieu poreux

La fonctionnalité de transport de phase peut être combinée avec l'interface Loi de Darcy pour simuler un écoulement multiphasique en milieu poreux avec un nombre arbitraire de phases. Les utilisateurs peuvent spécifier les propriétés des milieux poreux telles que les perméabilités relatives et les pressions capillaires entre les phases. Ces propriétés sont transmises entre les phases grâce à un couplage multiphysique qui couple l'interface Transport de phase en milieu poreux à l'interface Loi de Darcy.

Transport d'espèces chimiques en milieu poreux et fractures

Le logiciel de simulation COMSOL Multiphysics^® contient des fonctionnalités intuitives permettant de définir le transport de matière dans des solutions ou des mélanges dilués par convection, diffusion, dispersion, adsorption et volatilisation d'un nombre arbitraire d'espèces chimiques. Il est facile de les relier aux définitions de la cinétique des réactions réversibles, irréversibles et à l'équilibre en combinant le module Subsurface Flow avec le module Chemical Reaction Engineering. Le module Subsurface Flow Module vous permet d'étendre cette fonctionnalité aux milieux poreux et aux fractures.