Large-scale multi-phase flow simulation for foam flooding method in porous media

点击翻译按钮获取中文摘要

多孔質内混相流の2次元計算コードでは，画像データを0/1の2値情報に変換し符号付き距離関数に変換する機能を実装し，厚み方向の粘性効果を考慮することで，多孔体の構造を2次元的に模擬した2Dマイクロモデルによる実験と比較可能な数値計算が可能となった．3次元コードにおいても，X線CT画像から構成されたポリゴンデータをもとに符号付き関数を生成可能なプロセスを組み込み，実験と比較可能な計算モデルを構築した．複数GPU化では通信と計算のオーバーラップ実装を行うことで通信時間を隠蔽し，TSUBAME3.0上で高い並列化効率(弱スケーリング)を達成している．既往研究では表面張力がより支配的になる低キャピラリー数流れにおいて，格子ボルツマン法などの完全陽解法では計算が不安定になる報告がされていたが，本手法によって低キャピラリー数条件下でも安定に計算できるようになった．これにより，大規模並列計算を可能としながらCCSやEORにおける実用的なパラメータでの解析が可能となった．上記の研究成果は混相流シンポジウム2022にて発表し，混相流に掲載済みである．多孔体構造の典型的な流路分岐を模擬した二股に分かれる計算系における液膜進展・分裂挙動のシミュレーションを実施し，液膜分裂挙動を再現した．表面張力が支配的な場合，分裂した液膜のうち流路径が大きい方を選択的に進展し，もう片方の液膜はほぼ動かず，ラプラス圧の大小関係で液膜進展が説明できる．表面張力が支配的でない場合は，流路内の速度分布によって作られる液膜の曲率と流路壁面の接触角がバランスしながら分裂した2つの液膜が両方とも進展する．これらの挙動は多孔体内の界面不安定性と定性的に一致している一方で，流動条件によっては液膜前方と後方で曲率が異なることによる圧力の差や液膜内流動の駆動が複雑に絡み合っており，より詳細な解析が必要であることが示唆された．