A one-domain pore-resolved approach for multiphase flows in porous media

多孔介质 多相流 润湿 机械 毛细管作用 表面张力 接触角 两相流 物理 多孔性 流体力学 流量(数学) 流体体积法 毛细管压力 毛细管数 孔力学 热力学 材料科学 复合材料
作者
Zhisong Ou,Yong Wan,Qiang Xue,Cheng Chi,Farshad Gharibi,Dominique Thévenin
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (6) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0213679
摘要

Modeling multiphase flow in porous structures remains a challenge due to the complexity of handling multiple interfaces. This paper presents a one-domain pore-resolved simulation approach for immiscible two-phase flows in porous media, using a monolithic fluid–solid coupling framework to implicitly consider the existence of solid objects, with the fluid–fluid interfaces captured through solving an algebraic volume of fluid equation. Fluid interfacial tension is considered by integrating a continuum surface force, and the wall wettability condition is imposed by modifying the contact angle of the fluid interface at the embedded solid surface. The resulting equations are simple and stable, as there are no empirical models or parameters involved for the interface representation. This approach has been validated through performing a series of test-case simulations, including capillary-dominated flow, capillary rise with gravity, Taylor film formation, and finally two-phase flow in a heterogeneous porous structure. The numerical approach is demonstrated to be well suited for investigating pore-scale two-phase flows in realistic porous media.

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