title: Συστηματική εργαστηριακή μελέτη σταθερής διφασικής ροής σε πρότυπα μικροροϊκά δίκτυα πόρων
title: Systematic laboratory study of steady state two phase flow in prototype microfluidic pore networks
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Μουράβας, Κωνσταντίνος
Publisher: name: Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής
Year: 2024
Subjects: Διφασική ροή
Πορώδη δίκτυα

description: Συμβατικά, οι σχετικές διαπερατότητες δύο μη αναμείξιμων υγρών φάσεων που ρέουν ταυτόχρονα σε ένα πορώδες μέσο θεωρούνται και εκφράζονται ως συναρτήσεις του κορεσμού. Παρ’ όλα αυτά, αυτή η προσέγγιση του προβλήματος τίθεται υπό αμφισβήτηση από θεωρητικές, αριθμητικές (αλγοριθμικές προσομοιώσεις) και πειραματικές μελέτες ροών σε τεχνητά δίκτυα πόρων και πραγματικά πορώδη μέσα. Οι μελέτες αυτές έχουν αποκαλύψει την ισχυρή εξάρτηση των σχετικών διαπερατοτήτων από τις εντάσεις των ταχυτήτων, ειδικότερα όταν στις ροές που εξετάζουμε κυριαρχούν οι τριχοειδείς δυνάμεις ή ακόμα και στις μεταβατικές ροές (σταδιακή κυριαρχία των ιξωδών δυνάμεων), και μέρος της αποκομμένης μη διαβρέχουσας φάσης παραμένει κινητοποιημένο. Προκύπτει λοιπόν ότι στα μοντέλα υπολογισμού των σχετικών διαπερατοτήτων πρέπει να ληφθεί υπόψη η εξάρτηση από τις εντάσεις των ταχυτήτων. Η σχέση που θα περιέγραφε πλήρως αυτή την εξάρτηση παραμένει αντικείμενο έρευνας. Πρόσφατα, εξήχθη ένας γενικός τύπος εξάρτησης που βασίζεται στα αποτελέσματα εκτεταμένων προσομοιώσεων του αλγοριθμικού-μηχανιστικού μοντέλου DeProF (Decomposition in Prototype Flows) για σταθερή διφασική ροή σε πορώδη δίκτυα. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων παρατηρήθηκε συστηματική εξάρτηση των σχετικών διαπερατοτήτων από τις τοπικές εντάσεις των ταχυτήτων. Η εξάρτηση αυτή μπορεί να περιγραφεί αναλυτικά από μια καθολική συναρτησιακή σχέση κλιμάκωσης που εμπεριέχει τις πραγματικές ανεξάρτητες μεταβλητές τις διαδικασίας, δηλαδή, τον τριχοειδή αριθμό, Ca, και τον λόγο των εντάσεων των ταχυτήτων, r. Η εν λόγω σχέση συνίσταται από μια συνάρτηση kernel, την επονομαζόμενη συνάρτηση εγγενούς δυναμικής τριχοειδούς πίεσης (IDCP-Intrinsic Dynamic Capillary Pressure), όρος που συμπεριλαμβάνει στο μοντέλο τα δυναμικά φαινόμενα της μετάβασης μεταξύ τριχοειδών ροών και των ροών στις οποίες κυριαρχούν οι ιξώδεις δυνάμεις. Σε μια παράλληλη εργαστηριακή μελέτη, όπου διεξήχθησαν μετρήσεις σύμφωνα με τη διαδικασία της Ειδικής Ανάλυσης Πυρήνων (SCAL-Special Core Analysis), τα αποτελέσματα που προέκυψαν παρέχουν μια αρχική επιβεβαίωση για την δυνατότητα εφαρμογής του προτεινόμενου μοντέλου. Σε αυτή την εργαστηριακή μελέτη, εξετάζουμε την δυνατότητα εφαρμογής ενός βασικού, εξαρτώμενου από τις εντάσεις των ταχυτήτων, κλιμακωτού μοντέλου των σχετικών διαπερατοτήτων για σταθερή διφασική ροή μη αναμείξιμων υγρών σε δισδιάστατα μικροροϊκά δίκτυα πόρων, για ένα ευρύ φάσμα καθεστώτων ροής. Πιο συγκεκριμένα, ελέγχουμε την δυνατότητα εφαρμογής ενός εξαρτώμενου από τις εντάσεις των ταχυτήτων, κλιμακωτού μοντέλου των σχετικών διαπερατοτήτων σε ένα μικροροϊκό δίκτυο πόρων, και συσχετίζουμε τη μορφή της συνάρτησης kernel με την εσωτερική διαμόρφωση της ροής για διάφορα καθεστώτα ροής. Ο σκοπός είναι να εκτιμήσουμε την εφαρμοσιμότητα ή/και την παγκοσμιότητα του προαναφερθέντος μοντέλου και να εξετάσουμε την δυνατότητα του να αποκαλύπτει την εσωτερική διαμόρφωση της ροής. Το προτεινόμενο μοντέλο διευρύνει τις δυνατότητες βελτίωσης των πρωτοκόλλων SCAL και άλλων σημαντικών εφαρμογών όπως είναι ο χαρακτηρισμός συστημάτων και συνθηκών ροής, η κατηγοριοποίησης πετρωμάτων, η εκτίμηση των σφαλμάτων των άκρων καθώς και η ανάπτυξη αποδοτικότερων προσομοιωτών πεδίου (δευτερογενής απόληψη πετρελαίου).