Escoamento Subsuperficial em Meios Porosos Saturados e com Saturação Variável

O Subsurface Flow Module é para engenheiros e cientistas que desejam simular o escoamento subterrâneo ou em outros meios porosos e também conectar esse escoamento a outros fenômenos, como poroelasticidade, transferência de calor, química e campos eletromagnéticos. Pode ser usado para modelar o escoamento em lençóis freáticos, a difusão de rejeitos e poluição através do solo, o escoamento de óleo e gás para poços e o adensamento do solo devido à extração de água de lençóis freáticos. O Subsurface Flow Module pode modelar o escoamento subsuperficial em canais, meios saturados e com saturação variável ou fraturas e acoplá-lo a simulações de transporte de solutos e calor, reações geoquímicas e poroelasticidade. Várias indústrias precisam lidar com desafios envolvendo geofísica e hidrologia. Engenheiros das áreas civil, mineração, petrolífera, agrícola, química, nuclear e ambiental frequentemente precisam levar em conta esses fenômenos uma vez que as indústrias em que trabalham afetam direta ou indiretamente (sob a perspectiva ambientaal) a Terra onde vivemos.

O Escoamento Subsuperficial Afeta Muitas Propriedades Geofísicas

O Subsurface Flow Module contém várias interfaces feitas sob medida que descrevem certas físicas para a modelagem de escoamentos e outros fenômenos em ambientes subterrâneos. Conhecidas como interfaces físicas, elas podem ser combinadas e acopladas diretamente a outras interfaces físicas dentro do Subsurface Flow Module ou com interfaces físicas dentro de qualquer um dos outros módulos na Linha de Produtos COMSOL. Isso inclui o acoplamento do comportamento poroelástico descrito pelo Subsurface Flow Module a aplicações de mecânica de sólidos não lineares para solos e rochas no Geomechanics Module.

Incorpore as Taxas de Reação Geoquímica e a Cinética

O COMSOL oferece a você a flexibilidade para inserir qualquer equação arbitrária nos campos de edição nas interfaces físicas do Subsurface Flow Module, o que pode ser útil para definir taxas de reação e cinéticas geoquímicas nas interfaces para transporte de materiais. Ainda, acoplando essas interfaces físicas ao Chemical Reaction Engineering Module é possível modelar muitas reações multiespécie, através de interfaces físicas fáceis de usar, para definir reações químicas que esse módulo contém. A integração desses dois produtos é bastante útil para modelar as muitas etapas das reações envolvidas na difusão de rejeitos nucleares a partir de seus depósitos por milhares de anos.

Fluxo em Canais Livres

Canais ou grandes poros conectados também são encontrados no subsolo e são melhor modelados usando as equações para escoamento. Isso também inclui poços e seus semelhantes em aplicações como extração de óleo. O Subsurface Flow Module suporta dois tipos de escoamento em canal livre: escoamento laminar e escoamento tipo creeping. A interface Laminar Flow resolve as equações de Navier-Stokes, ao passo que a interface Creeping Flow resolve uma versão modificada destas, negligenciando o termo inercial. Também conhecido como escoamento de Stokes, o escoamento tipo creeping é útil para escoamentos com números de Reynolds muito baixos.

Transporte de Material

O transporte de materiais pode ser acoplado ao escoamento subsuperficial e pode ocorrer por meio de convecção e difusão. Fenômenos, como a difusão, podem ser descritos por equações dependentes de variáveis como a concentração, ou serem descritas como anisotrópicas.

A interface Solute Transport adiciona dispersão e retardamento devido à sorção como um mecanismo de transporte. A dispersão considera o fato de que o transporte de solutos geralmente ocorre na direção do escoamento, e o tensor de dispersão é disponibilizado para levar isso em conta. A sorção descreve o processo quando espécies químicas absorvem e, então, dessorvem das partículas nos meios porosos a diferentes taxas. Seu efeito sobre a transferência de material é descrita usando isotermas de Langmuir ou de Freundlich, as quais são disponibilizadas na interface ou através do uso de uma expressão personalizada. A sorção também contribui para retardar o escoamento através do fator de retardamento. Um fator para volatilização, ou a dispersão de espécies químicas a partir do soluto para a fase gasosa imóvel, também é disponibilizado para o escoamento não saturado. Também pode-se inserir suas próprias equações para descrever quaisquer reações que ocorram durante o transporte de material. A interface Solute Transport pode ser acoplada a qualquer interface física apropriada do CFD Module para modelar escoamentos bifásicos e os solutos que eles transportam.

Transferência de Calor

A transmissão de calor ocorre através da condução, convecção e dispersão e deve levar em conta as diferentes condutividades que ocorrem entre as fases sólida e fluida. Em muitos casos, a fase sólida pode ser composta por materiais diferentes com diferentes condutividades e também pode haver uma série de diferentes fluidos. Regras de mistura são disponibilizadas para calcular as efetivas propriedades de transferência de calor na interface Heat Transfer in Porous Media. Essa também contém expressões para dispersão térmica devido à natureza dos meios porosos, bem como um termo para o aquecimento geotérmico ambiente. A dispersão é causada pelo caminho tortuoso do líquido no meio poroso, que não poderia ser descrito se somente o termo convectivo médio fosse levado em conta.

Poroelasticidade

Modelagens de compactação e subsidência são possíveis graças a uma interface física bastante poderosa para a poroelasticidade. A interface Poroelasticity combina uma formulação transiente da lei de Darcy a uma mecânica dos sólidos linear elástica da matriz de meios porosos. O acoplamento da poroelasticidade significa que o escoamento afeta a compressibilidade do meio poroso, ao passo que mudanças em deformações volumétricas, por sua vez, afetarão o transporte de momento, material e calor. Essa interface inclui uma expressão do tensor de tensões, em função do tensor de deformações e do coeficiente de Biot-Willis.