Multifaceted analysis of microdynamics of invasion and drainage processes in porous media effected by hydrophobic particles

疏水颗粒影响多孔介质侵排过程微观动力学多层面分析

• 批准号: 20H03100
• 负责人: 竹内 潤一郎
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H03100/
• 关键词: 間隙ネットワーク; パーコレーション; 格子ボルツマン法; 非混合性流体; 疎水性粒子

昨年に引き続き，格子ボルツマン法によるフィンガリング現象に関するシミュレーション，間隙ネットワークモデルによる団粒構造を有する多孔質媒体の浸透確率や水分保持特性の評価，3Dプリンタによる多孔質媒体モデルの作成と浸透実験を行った。格子ボルツマン法を用いたシミュレーションでは，水と空気のような密度比の大きな流体の浸透現象を扱うことのできるphase-field法を用いて空気で満たされた多孔質媒体に水がフィンガー状に浸透していく現象について詳細な解析を行った。それにより，フィンガー流の途中で水が排水（空気が浸入）して流れが途切れる現象やフィンガーの先端からの圧力低下や不規則に変動する現象を再現できた。間隙ネットワークモデルを用いた解析では，構成する粒子の粒径分布を変化させたり粒子数を変化させた様々な団粒構造をもつ多孔質媒体を個別要素法を用いて作成し，間隙の空間統計解析やネットワークの特性，水理特性を調べた。本年はモデルに含まれる粒子数と空間解像度を昨年度より増やして，より詳細な解析を行った。団粒構造を持つ多孔質媒体は団粒構造を持たない多孔質媒体に比べて浸透閾値が小さいことに加え，通常対角線に漸近する浸透確率が一旦対角線から離れ再び近づくという特徴があることが分かった。本年はこれらに加え，解析力学的な観点からForchheimer流れについて変分法を用いた定式化を行った。それは，流速が十分小さいDarcy流の場合，摩擦損失に加え形状損失を考慮したモデルとなっている。

In the past year, the lattice method has been used to evaluate the permeability and moisture retention characteristics of porous media, and the 3D method has been used to prepare porous media. The lattice method is used to analyze the permeability phenomenon of water and air with high density ratio. The water in the middle of the flow is drained (the air is immersed), and the flow is cut off. The pressure at the top of the flow is reduced, and the irregular movement is reproduced. The size distribution of particles in the composition of the gap is changed, the number of particles is changed, the particle structure is changed, the porous medium is changed, and the individual element method is used to make the gap. The spatial statistical analysis of the gap is used to adjust the characteristics of the gap and the hydraulic characteristics. This year, the number of particles contained in the sample was increased. The porous medium has a smaller penetration threshold than the porous medium. Usually, the penetration accuracy of the opposite angle is gradually increased. Once the opposite angle is changed, the penetration accuracy of the opposite angle is changed. This year, the analytical mechanics of the point of departure from the Forchheimer flow is used to formulate the line. In the case of Darcy flow with very small velocity, friction loss and shape loss are considered.

项目成果

NUMERICAL ANALYSIS OF INVASION PATTERNS DURING DRAINAGE PROCESS IN A SIMPLIFIED PORE NETWORK MODEL

简化孔隙网络模型排水过程中侵入模式的数值分析

• DOI: 10.21660/2021.82.gx409
• 发表时间: 2021
• 期刊: International Journal of GEOMATE
• 影响因子: 0.7
• 作者: Takeuchi Yuto;J. Takeuchi and M. Fujihara
• 通讯作者: J. Takeuchi and M. Fujihara

Two-Dimensional Numerical Analysis of Non-Darcy Flow Using the Lattice Boltzmann Method: Pore-Scale Heterogeneous Effects

• DOI: 10.1115/1.4049689
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Fluids Engineering-transactions of The Asme
• 影响因子: 2
• 作者: Y. Takeuchi;Junichiro Takeuchi;T. Izumi;M. Fujihara

SPATIAL STATISTICS AND PERCOLATION PROBABILITY OF PORE-NETWORK IN POROUS MEDIA WITH AGGREGATE STRUCTURE

具有聚集结构的多孔介质中孔隙网络的空间统计和渗流概率

• 发表时间: 2022
• 作者: Junichiro Takeuchi;Masayuki Fujihara
• 通讯作者: Masayuki Fujihara

二相格子ボルツマン法による間隙スケールでの排水過程と吸水過程のシミュレーション

使用两相格子玻尔兹曼方法模拟孔隙尺度的排水和吸水过程

• 发表时间: 2021
• 作者: Toshihiro Wada;Yoshiharu Nemoto;Tsuneo Fujita;Gyo Kawata;Kyoichi Kamiyama;et al.;倉田祐希，海老原格，若槻尚斗，前田祐佳，水谷孝一，西島也寸彦，中久保亮，石田三佳;Yuki Tobimatsu;竹内 雄人・竹内 潤一郎・藤原 正幸
• 通讯作者: 竹内 雄人・竹内 潤一郎・藤原 正幸

乱れ指数による慣性流れの検討

使用湍流指数检查惯性流

• 发表时间: 2021
• 作者: 岩村祐暉，吉川夏樹，宮津進，高野陽平;飛松裕基;竹内 雄人・竹内 潤一郎・藤原 正幸・泉 智揮
• 通讯作者: 竹内 雄人・竹内 潤一郎・藤原 正幸・泉 智揮