使用 PorePy 对断裂多孔介质中多物理场过程进行灵活且严谨的数值建模

断裂多孔介质中的多物理场过程是若干地下应用的重要研究领域，在过去十年中受到相当多的关注。其动力学特征在于各过程之间的强耦合以及过程与断裂介质本身结构之间的相互作用。丰富的行为范围呼唤探索性的数学建模，例如对本构定律和物理过程间新颖耦合概念的试验。此外，多物理场过程与地质结构之间强耦合的高效模拟需要开发量身定制的数值方法。我们提出一个建模框架及其在开源模拟工具箱 PorePy 中的实现，该工具箱专为断裂多孔介质中多物理场过程的快速原型开发而设计。PorePy 使用裂缝几何的混合维表示，并通常对过程间应用全隐式耦合。代码设计遵循模块化和可微编程的范式，二者共同允许以对代码库最小的改动对控制方程进行极高灵活性的试验。代码的完整性由一个多级测试框架支持，以确保代码的可靠性。我们在可变形断裂多孔介质中热-孔隙弹性的背景下展示我们的建模框架，阐明控制方程与源代码之间的紧密关系。我们进一步讨论测试框架的设计，并展示体现 PorePy 可扩展性的模拟，以及由混合维模拟工具可产生的那类结果。