ＣＯ２地中貯留を想定した岩石層中のガス拡散予測に対する粒子トレーサ法の研究

本研究は、多孔質層における物質や温度の拡散係数を縮小スケールの実験装置によって測定し、その結果を予測するラグランジュ法を基礎とした数値シミュレーション手法を新たに開発し、多孔質層内部のガスおよび熱的拡散挙動を明らかにすることを目的として実施したものである。研究の流れと手法は、多孔質層の実験モデルを製作し、それを用いて塩水やトレーサを注入する拡散実験を実施し、本研究で開発した粒子トレーサ法(DTPM)による数値シミュレーション結果と実験結果との比較によって数値計算モデルの妥当性について議論した。とくに、本研究の特徴は、多孔質層における孔隙ネットワークモデルを構築した後に、ラグランジュ法を基礎とした孔隙ネットワーク内のランダムな粒子挙動を考慮した粒子トレーサ法に関わる数値シミュレーション手法を開発していることである。開発した粒子トレーサ法による数値シミュレーションによって各粒子の拡散を統計学的な性質を適用した数値計算によって多孔質層の孔隙内の物質や微細粒子の流動に伴う流動軌跡とそれによる移流・拡散の予測を可能とした。このとき、孔隙間の相互接続、その方向（孔隙方向と流れ方向の角度）、孔隙径と長さおよび流量は、一様な分布で表現し、ペクレ数とレイノルズ数にそれぞれ基づいた分散距離および数値計算時間ステップの最適値の範囲を提示するとともに、トレーサ粒子にランダムな動きを重畳する手法を開発した。さらに、地下帯水層などの貯留層に対しCO2を垂直井から圧入した場合のCO2バブルの移流・拡散状況を数値シミュレーションによって予測した。

本研究は、多孔質層における物質や温度の拡散係数を縮小スケールの実験装置によって測定し、その結果を予測するラグランジュ法を基礎とした数値シミュレーション手法を新たに開発し、多孔質層内部のガスおよび熱的拡散挙動を明らかにすることを目的として実施したものである。研究の流れと手法は、多孔質層の実験モデルを製作し、それを用いて塩水やトレーサを注入する拡散実験を実施し、本研究で開発した粒子トレーサ法(DTPM)による数値シミュレーション結果と実験結果との比較によって数値計算モデルの妥当性について議論した。とくに、本研究の特徴は、多孔質層における孔隙ネットワークモデルを構築した後に、ラグランジュ法を基礎とした孔隙ネットワーク内のランダムな粒子挙動を考慮した粒子トレーサ法に関わる数値シミュレーション手法を開発していることである。開発した粒子トレーサ法による数値シミュレーションによって各粒子の拡散を統計学的な性質を適用した数値計算によって多孔質層の孔隙内の物質や微細粒子の流動に伴う流動軌跡とそれによる移流・拡散の予測を可能とした。このとき、孔隙間の相互接続、その方向（孔隙方向と流れ方向の角度）、孔隙径と長さおよび流量は、一様な分布で表現し、ペクレ数とレイノルズ数にそれぞれ基づいた分散距離および数値計算時間ステップの最適値の範囲を提示するとともに、トレーサ粒子にランダムな動きを重畳する手法を開発した。さらに、地下帯水層などの貯留層に対しCO2を垂直井から圧入した場合のCO2バブルの移流・拡散状況を数値シミュレーションによって予測した。