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伊雷娜·里巴克;克里斯托夫·施瓦茨梅尔;埃里萨·艾格恩韦勒;乌尔里奇·吕德

使用孔隙尺度解析模型验证和校准耦合孔隙介质和自由流动问题。 （英语） Zbl 1461.76442号

计算。地质科学。 25，第2号，621-635（2021）。
摘要：正确选择宏观自由流和多孔介质耦合模型的界面条件和有效参数，对于对所考虑问题的完整数学描述和应用的准确数值模拟至关重要。我们考虑Stokes-Darcy模型描述的单流体相系统。该模型有不同的耦合条件。然而，这些条件和有效模型参数的选择往往是任意的。我们使用大规模晶格Boltzmann模拟，通过宏观模拟和孔隙尺度解析模型的比较来验证耦合条件。我们分析了三种设置（多孔床上的盖驱动腔、渗透问题和一般过滤问题），它们具有不同的几何结构（固体颗粒的沟道化和交错分布）和不同的界面条件。数值计算了每个几何构型的宏观模型的有效参数（渗透率张量、边界层常数）。数值模拟结果表明，耦合Stokes-Darcy问题对尖锐液孔界面位置、有效模型参数和界面条件的敏感性。

引用于9文件

MSC公司：

76S05号 多孔介质中的流动；过滤；渗流
76D07型 斯托克斯和相关（Oseen等）流量
76米28 粒子法和晶格气体法

关键词：

斯托克斯方程;达西定律;接口条件;晶格玻尔兹曼方法

软件：

自由Fem++
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{I.Rybak}等人，计算。地质科学。25，编号2，621--635（2021；Zbl 1461.76442）
全文： 内政部 arXiv公司
OA许可证

参考文献：

[1] MJ Blunt，《可渗透介质中的多相流：孔尺度视角》（2017），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥
[2] Wildenschild，D。；Sheppard，AP，用于量化地下多孔介质系统中孔隙尺度结构和过程的X射线成像和分析技术，《高级水资源研究》，51，217-246（2013）
[3] 海狸，GS；Joseph，DD，自然透水墙的边界条件，J.流体力学。，30, 197-207 (1967)
[4] Goyeau，B。；Lhuillier，D。；戈宾，D。；Velarde，M.，流体-多孔界面的动量输运，《国际传热传质杂志》，46，4071-4081（2003）·Zbl 1065.76606号
[5] Nield，DA，The Beavers-Joseph边界条件和相关事项：历史和批判笔记，Transp。多孔介质，78，537-540（2009）
[6] 奥乔亚·塔皮亚，AJ；Whitaker，S.，多孔介质与均质流体边界处的动量传递。一： 理论发展，《国际传热传质杂志》，382635-2646（1995）·Zbl 0923.76320号
[7] Saffman，PG，关于多孔介质表面的边界条件，Stud.Appl。数学。，50, 93-101 (1971) ·Zbl 0271.76080号
[8] Discacciati，M。；Miglio，E。；Quarteroni，A.，耦合地表水流和地下水水流的数学和数值模型，应用。数字数学。，43, 57-74 (2002) ·Zbl 1023.76048号
[9] 迪卡西亚蒂，M。；Quarteroni，A.，《Navier-Stokes/Darcy耦合：建模、分析和数值近似》，《材料完整性评论》。，22, 315-426 (2009) ·Zbl 1172.76050号
[10] Jackson，AS；里贝克，I。；赫尔米格，R。；格雷，工作组；Miller，CT，多孔介质系统中模拟流动和传输现象的热力学约束平均理论方法：9。过渡区模型，《水资源高级研究》，42，71-90（2012）
[11] Jäger，W。；Mikelić，A.，《使用均质法模拟无侧限流体和多孔介质之间传输现象的有效界面定律》，Transp。多孔介质，78，489-508（2009）
[12] 莱顿，W。；Schieweck，F。；Yotov，I.，《流体流动与多孔介质流动的耦合》，SIAM J.Numer。分析。，40, 2195-2218 (2003) ·Zbl 1037.76014号
[13] Dawson，C.，模拟地下和地表水流耦合的连续/不连续Galerkin框架，计算。地质科学。，12, 451-472 (2008) ·Zbl 1259.86001号
[14] 索查拉，P。；Ern，A。；Piperno，S.，质量守恒BDF-间断Galerkin/耦合地下和地面流动的显式有限体积格式，计算。方法应用。机械。工程，1982122-2136（2009）·Zbl 1227.76045号
[15] 路透社，B。；拉普，A。；艾辛格，V。；Knabner，P.，将静水压自由表面流耦合到饱和地下系统的间断Galerkin方法，计算。数学。申请。，77, 2291-2309 (2019) ·Zbl 1442.65273号
[16] Brinkman，HC，《流动流体对稠密粒子群施加粘性力的计算》，应用。科学。第127-34号决议（1947年）·Zbl 0041.54204号
[17] 西莫林，F。；Discacciati，M.，Navier-Stokes/Forchheimer多孔介质过滤模型，Appl。数字。数学。，72, 205-224 (2013) ·Zbl 1394.76122号
[18] Mosthaf，K。；Baber，K。；弗莱米什，B。；赫尔米格，R。；莱因斯，A。；里贝克，I。；Wohlmuth，B.，两相组分多孔介质和单相组分自由流的耦合概念，《水资源》。第47号决议，W10522（2011）
[19] Rybak，我。；Magiera，J。；赫尔米格，R。；Rohde，C.，耦合饱和/非饱和多孔介质和自由流系统的多速率时间积分，计算。地质科学。，19, 299-309 (2015) ·Zbl 1392.76090号
[20] Carraro，T。；高尔，C。；Marciniak Czochra，A。；Mikelić，A.，使用均匀化将粘性流体强制渗透到多孔介质中的有效界面条件，计算。方法应用。机械。工程，292195-220（2015）·Zbl 1423.35306号
[21] Angot，P。；Goyeau，B。；Ochoa-Tapia，JA，流体和多孔层之间界面传输现象的渐近建模：跳跃条件，Phys。版本E，95，063302（2017）
[22] Arbogast，T。；Brunson，DS，一种近似控制多孔介质的Darcy-Stokes系统的计算方法，计算。地质科学。，11, 207-218 (2007) ·Zbl 1186.76660号
[23] Hanspal，NS；瓦霍德，澳大利亚；纳赛希，V。；RJ Wakeman，工业过滤中耦合Stokes/Darcy流的数值分析，交通。多孔介质，64，383-411（2006）
[24] 伊利耶夫，O。；Laptev，V.，《油过滤器流动的数值模拟》，计算。视觉。科学。，6, 139-146 (2004) ·兹比尔1299.76255
[25] Rivière，B.，Stokes和Darcy耦合问题的不连续有限元方法分析，科学杂志。计算。，22, 479-500 (2005) ·Zbl 1065.76143号
[26] Girault，V。；Rivière，B.，利用Beavers-Joseph-Saffman界面条件对耦合Navier-Stokes和Darcy方程进行DG近似，SIAM J.Numer。分析。，47, 2052-2089 (2009) ·Zbl 1406.76082号
[27] Jäger，W。；Mikelić，A.，Beavers，Joseph和Saffman，SIAM J.Appl.《关于界面边界条件》。数学。，60, 1111-1127 (2000) ·Zbl 0969.76088号
[28] 法新社巴尔德斯·帕拉达；阿尔瓦雷兹·拉姆·雷兹，J。；Goyeau，B。；Ochoa-Tapia，JA，使用闭合广义传递方程计算多孔介质和流体之间动量传递的跳跃系数，Transp。多孔介质，78，439-457（2009）
[29] 拉希斯，美国。；Bagheri，S.，《自由流体与多孔介质界面有效边界条件的计算框架》，《流体力学杂志》。，812, 866-889 (2017) ·Zbl 1383.76447号
[30] 佐治亚州赞波尼亚；Bottaro，A.，《流体流过规则的刚性纤维束》，J.流体力学。，792, 5-35 (2016) ·Zbl 1381.76355号
[31] 勒·巴尔斯，M。；Worster，M.，《纯流体和多孔介质之间的界面条件：二元合金凝固的影响》，《流体力学杂志》。，550, 149-173 (2006) ·Zbl 1097.76066号
[32] Yang，G。；科尔特曼，E。；Weishaupt，K。；Terzis，A。；赫尔米格，R。；Weigand，B.，《关于高雷诺数多孔结构上非平行耦合通道流的Beavers-Joseph界面条件》，Transp。多孔介质，128，431-457（2019）
[33] Eggenweiler，E。；Rybak，I.，Beavers-Joseph界面条件对过滤问题的不适用性，流体力学杂志。，892，A10（2020年）·Zbl 1460.76746号
[34] Discacciati，M。；Gerardo Giorda，L.，Stokes Darcy耦合的优化Schwarz方法，IMA J.Numer。分析。，38, 1959-1983 (2018) ·Zbl 1477.65258号
[35] Jones，IP，低雷诺数流过多孔球壳，Proc。外倾角。Phil.Soc.，73，231-238（1973）·Zbl 0262.76061号
[36] Jäger，W。；Mikelić，A。；Neuss，N.，多孔床层流粘性流动的渐近分析，SIAM J.Sci。计算。，22, 2006-2028 (2001) ·Zbl 0980.35124号
[37] Hornung，U.，《均质化和多孔介质》（1997），柏林：施普林格出版社，柏林·Zbl 0872.35002号
[38] Wolf Gladrow，D.，晶格气体细胞自动机和晶格玻尔兹曼模型（2000），柏林：施普林格，柏林·Zbl 0999.82054号
[39] 何，X。；罗，L-S，晶格玻尔兹曼方程的先验推导，物理学。版本E，55，R6333（1997）
[40] Krüger，T。；Kusumaatmaja，H。；库兹明，A。；沙尔特，O。；席尔瓦，G。；Viggen，EM，The lattice Boltzmann method：原理与实践（2017），柏林：施普林格出版社，柏林·Zbl 1362.76001号
[41] Rettinger，C.、Godenschwager，C.、Eibl，S.、Preclik，T.、Schruff，T.，Frings，R.、Rüde，U：河床沙丘形成的完全解析模拟。摘自：《高性能计算国际会议论文集》，第3-21页。施普林格国际出版公司（2017）
[42] Kuron，M。；雷姆普费尔，G。；肖恩鲍姆，F。；Bauer，M。；Godenschwager，C。；霍尔姆，C。；de Graaf，J.，基于玻尔兹曼电动力学的晶格中移动带电粒子，化学杂志。物理。，145, 21, 214102 (2016)
[43] 黄，H。；MC苏科普；Lu，X-Y，《多相晶格玻尔兹曼方法：理论与应用》（2015），纽约：威利出版社，纽约
[44] Fattahi，E.，Waluga，C.，Wohlmuth，B.，Rüde，U：自由和多孔介质流动耦合的大规模格子Boltzmann模拟，第1-18页。斯普林格（2016）·Zbl 1382.76207号
[45] 法塔希，E。；瓦卢加，C。；沃尔穆思，B。；吕德，美国。；曼哈特，M。；Helmig，R.，多孔介质模拟中的格子Boltzmann方法：从层流到湍流，计算。流体，140，247-259（2016）·Zbl 1390.76847号
[46] 潘，C。；罗，L。；Miller，CT，多孔介质流动模拟的格子Boltzmann方案评估，计算。流体，35898-909（2006）·Zbl 1177.76323号
[47] 金兹堡，I。；Verhaeghe，F.公司。；d’Humières，d.，二松弛时间格子Boltzmann格式：关于参数化、速度、压力和混合边界条件，Commun。计算。物理。，3, 427-478 (2008)
[48] 金兹堡，I。；Verhaeghe，F。；d’Humières，d.，用双松弛时间格子Boltzmann格式研究简单流体力学解，Commun。计算。物理。，3, 519-581 (2008)
[49] Hecht，F.，《FreeFem++的新发展》，J.Numer。数学。，20, 251-265 (2012) ·Zbl 1266.68090号
[50] Bauer，M.、Eibl，S.、Godenschwager，C.、Kohl，N.、Kuron，M.，Rettinger，C.、Schornbaum，F.、Schwarzmeier，C.、Thönnes，D.、Köstler，H.、Rüde，U.：waLBerla：用于多物理模拟的块结构高性能框架。CAMWA（2020年）·Zbl 1524.76278号
[51] Godenschwager，C.，Schornbaum，F.，Bauer，M.，Köstler，H.，Rüde，U.：复杂几何形状中一万亿个单元的混合平行流模拟框架。摘自：《高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集》，第1-12页。ACM（2013）
[52] 肖恩鲍姆，F。；Rüde，U.，极端规模块结构自适应网格细化，SIAM J.Sci。计算。，40、3、C358-C387（2018）·Zbl 06890193号
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