Hva kan vi hjelpe deg med?
Når fluid injiseres i eller trekkes ut av et porøst materiale, kan trykkendringene føre til deformasjon. Deformasjonen kan igjen påvirke porevolum, permeabilitet og videre strømning. Poromekaniske modeller beskriver denne gjensidige påvirkningen.
Vi kan hjelpe deg med å:
- Utvikle modeller som kobler strømning og mekanisk deformasjon.
- Implementere poromekanikk i eksisterende simuleringsverktøy.
- Velge og tilpasse diskretiseringer for komplekse geometrier og heterogene materialer.
- Utvikle stabile og effektive koblingsstrategier og numeriske løsere.
- Undersøke hvordan modellforutsetninger og numeriske valg påvirker resultatene.
Har du behov for å koble strømning og mekanikk i en modell eller simulator? Ta kontakt med vår forskningsgruppe for Anvendt beregningsvitenskap.
Samspillet mellom poretrykk og deformasjon
Poromekanikk kombinerer en beskrivelse av det faste materialets mekaniske respons med en beskrivelse av fluidene i porene. Poretrykket inngår i sammenhengen mellom belastning og deformasjon, mens endringer i porevolum inngår i massebalansen for fluidene. Avhengig av materialmodellen kan også strømningsegenskapene endres når materialet deformeres.
Lineær poroelastisitet er et viktig utgangspunkt når deformasjonene er små og materialresponsen kan beskrives elastisk. Modellens gyldighet må vurderes ut fra belastningene og prosessene som skal undersøkes. Flerfasestrømning, temperaturendringer eller mer komplekse materiallover kan kreve en utvidet beskrivelse.
I kvasistatiske modeller neglisjeres mekaniske treghetsledd, mens trykk og strømning fortsatt utvikler seg over tid. Dynamiske modeller inkluderer treghet og er relevante når blant annet bølgeutbredelse skal beskrives.
Koblede beregninger og løsningsstrategier
Strømning og mekanikk kan løses samlet i ett koblet ligningssystem eller sekvensielt, der separate løsere utveksler informasjon. Valget påvirker stabilitet, beregningskostnad og muligheten til å gjenbruke eksisterende programvare.
Vi arbeider med hvordan koblingen skal representeres og løses numerisk. Ved sekvensielle beregninger er det viktig å kontrollere koblingsfeilen og behovet for iterasjoner mellom delproblemene. Ved en samlet løsning må ligningssystemets struktur utnyttes for å få effektive og robuste beregninger.
Vi vurderer koblingsstrategi, tidssteging og løsertoleranser i sammenheng, særlig når trykkendringer og mekanisk respons påvirker hverandre sterkt.
Diskretisering på komplekse grid
Strømnings- og mekanikkmodellene stiller ulike krav til diskretiseringen. En god kobling må ivareta både fluidenes massebalanse og materialets mekaniske likevekt. Store materialkontraster, anisotropi og uregelmessige celler kan gjøre dette krevende.
Vi utvikler metoder for ustrukturerte og generelle polyhedrale grid, med vekt på konsistens, stabilitet og praktisk implementering. Når delmodellene bruker ulike representasjoner, må overføring av trykk, deformasjon og andre koblingsstørrelser også behandles som en del av den numeriske metoden.
Fra metodeutvikling til anvendelse
Vårt arbeid bygger på erfaring med både simulatorutvikling og numeriske metoder for strømning og mekanikk. Vi kan bidra med avgrensede beregningskomponenter eller med utvikling av en samlet poromekanisk modell.
Undergrunnsanvendelser omfatter blant annet trykkendringer ved injeksjon og produksjon, kompaksjon og deformasjon knyttet til lagring og energiutnyttelse. Les mer om vår bredere ekspertise innen geomekanisk modellering og strømning i porøse medier.
Metodene har også relevans for andre porøse materialer. Modellvalg og materialbeskrivelse må da tilpasses den aktuelle anvendelsen i samarbeid med fagpersoner som kjenner materialet og prosessene.