用于孔隙尺度矿物溶解微连续模拟的改进型固体体积分数公式
流体动力学
2022-04-15 v1
摘要
我们提出了两种新颖的固体体积分数（VoS）公式，用于孔隙尺度矿物溶解的微连续模拟。传统的 VoS 公式（VoS-psi）使用扩散界面定位函数 psi 来确保稳定性并限制反应表面的扩散。该公式的主要局限在于精度强烈依赖于定位函数的选取。我们的第一种改进公式（iVoS）利用反应通量的散度在流固界面处定位反应，因此无需定位函数。我们的第二种新颖公式（VoS-psi'）使用带有一个拟合参数的定位函数，以确保反应表面积在全局上守恒。两种新方法均通过与实验、基于任意欧拉-拉格朗日（ALE）框架的界面追踪法数值模拟，以及使用 VoS-psi 的数值模拟进行比较而得到验证。所有数值方法均在 GeoChemFoam（我们的反应输运工具箱）中实现，并考虑了合成与真实孔隙几何中的三个基准测试案例：（1）微通道中酸注入溶解方解石柱及实验对比；（2）不同溶解机制下的二维多分散圆盘微模型中的溶解；（3）Ketton 碳酸盐岩样品中的溶解及与原位微 CT 实验的对比。我们发现 iVoS 结果准确匹配实验结果及 ALE 方法所得模拟结果，而 VoS-psi 方法导致的误差大多被 VoS-psi' 公式修正。此外，VoS 方法显著快于 ALE 方法，加速因子在 2 至 12 之间。
引用
@article{arxiv.2204.07019,
title = {Improved Volume-of-Solid formulations for micro-continuum simulation of mineral dissolution at the pore-scale},
author = {Julien Maes and Cyprien Soulaine and Hannah P. Menke},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.07019},
year = {2022}
}