Estudo numérica do processo de deslocamento de fluidos em meio poroso heterogêneo usando o método de Lattice Boltzmann

• Autor(a) principal: Bazarin, Ricardo Leite Martins
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3422
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Mecânica dos fluidos; Materiais porosos - Dinâmica; Método Lattice Boltzmann; Engenharia térmica; Escoamento multifásico; Métodos de simulação; Engenharia mecânica; Fluid mechanics; Porous materials - Dynamics; Lattice Boltzmann methods; Heat engineering; Multiphase flow; Simulation methods; Mechanical engineering; Engenharia Mecânica

No presente trabalho, o processo de deslocamento de fluidos imiscíveis em meio poroso heterogêneo é numericamente estudado com o propósito de investigar a eficiência de varredura durante o processo de recuperação do petróleo. Objetivando-se entender a influência dos parâmetros viscosos e capilares (razão de viscosidade e número de capilaridade), do efeito de molhabilidade (ângulo de contato estático) e das propriedades do meio poroso (porosidade e forma de poros). Para isto, o deslocamento de fluidos imiscíveis é simulado considerando a injeção de fluido em canal poroso preenchido por outro fluido. O canal poroso é idealizado para o plano bidimensional, onde o meio poroso heterogêneo é representado por ordens da geometria fractal do tapete de Sierpinski. As condições de contorno são prescritas como um escoamento plenamente desenvolvido do fluido injetado na entrada do canal, pressão constante na saída do canal e não deslizamento dos fluidos nas superfícies sólidas. Hipoteticamente, considera-se ambos fluidos newtonianos e incompressíveis, escoamento laminar, sistema isotérmico e molhabilidade homogênea. O deslocamento de fluidos através do meio poroso é modelado numericamente utilizando o método de Lattice Boltzmann, que possui uma abordagem mesoscópica fundamentada na teoria cinética de partículas, consistindo de uma forma discretizada da equação de Boltzmann que simula o problema através da colisão e propagação de partículas. Os resultados obtidos demonstram concordância no comportamento dos efeitos do número de capilaridade e razão de viscosidade, com outros resultados observados na literatura, sendo possível identificar a transição entre os estados de viscous fingering, capillary fingering e deslocamento estável. Em relação à influência da molhabilidade é observado o aumento da eficiência de varredura com diminuição do ângulo de contato estático tanto para o processo de imbibição como o de drenagem. Na análise dos parâmetros relacionados à estrutura do meio poroso, em geral, é observada uma diminuição da eficiência de varredura com a redução da porosidade, porém observa-se o aumento da eficiência de varredura para a segunda ordem do tapete de Sierpinski, interpretado como resultado da diminuição das regiões de recirculação do escoamento devido a redução da porosidade.