Physics-based hybrid method for multiscale transport in porous media
Physics-based hybrid method for multiscale transport in porous media
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基于物理的多孔介质多尺度传输混合方法
DOI：
10.1016/j.jcp.2017.04.055
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发表时间：
2017
影响因子：
4.1
通讯作者：
Battiato, Ilenia
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yousefzadeh, Mehrdad;Battiato, Ilenia
尽管多孔介质中流动和反应输运的多尺度模型的发展取得了进展，但混合模型中多尺度的准确、高效和基于物理的耦合仍然是一个重大的理论和计算挑战。通过多尺度算法相对于经典尺度模型提高宏观尺度预报的可预测性是多尺度模拟器发展的主要动力。然而，很少有定量研究明确解决多尺度耦合算法的预测能力，因为通常仍不可能对复杂流动过程建模时存在的误差进行优先估计。我们发展了一个非侵入性的孔/连续尺度混合模型，其耦合误差被上尺度误差所限制，即我们建立了一个预测性的紧耦合多尺度格式。这是通过略微扩大连续尺度方程局部无效的子域并在分隔两个计算子域的界面上解析地定义基于物理的耦合条件来实现的，同时强制实施状态变量和通量连续性。所提出的多尺度耦合方法保留了区域分解方法的优点，包括对每个子域使用现有的求解器，同时在选择数值离散化方法时获得了灵活性，并保持了耦合误差受上尺度误差的限制。我们在有限体积内实现耦合，并通过模拟通过反应性通道的流动和传输以及通过一组异质反应性圆柱体来测试所提出的方法。
Despite advancements in the development of multiscale models for flow and reactive transport in porous media, the accurate, efficient and physics-based coupling of multiple scales in hybrid models remains a major theoretical and computational challenge. Improving the predictivity of macroscale predictions by means of multiscale algorithms relative to classicalat-scalemodels is the primary motivation for the development of multiscale simulators. Yet, very few are the quantitative studies that explicitly address the predictive capability of multiscale coupling algorithms as it is still generally not possible to havea prioriestimates of the errors that are present when complex flow processes are modeled. We develop a nonintrusive pore-/continuum-scale hybrid model whose coupling error is bounded by the upscaling error, i.e. we build apredictivetightly coupled multiscale scheme. This is accomplished by slightly enlarging the subdomain where continuum-scale equations are locally invalid and analytically defining physics-based coupling conditions at the interfaces separating the two computational sub-domains, while enforcing state variable and flux continuity. The proposed multiscale coupling approach retains the advantages of domain decomposition approaches, including the use of existing solvers for each subdomain, while it gains flexibility in the choice of the numerical discretization method and maintains the coupling errors bounded by the upscaling error. We implement the coupling in finite volumes and test the proposed method by modeling flow and transport through a reactive channel and past an array of heterogeneously reactive cylinders.
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DOI：
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影响因子：
--
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通讯作者：
D. Tartakovsky
DOI：
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发表时间：
1992-03-01
期刊：
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--
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VANDERVORST, HA
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