شمدلسازی عددی پدیدهی تولید ماسه به کمک همبستهسازی روشهای اجزای مجزا و شبکه بولتزمن
نویسندگان
1 دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
2 دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
doi
10.22060/ceej.2021.18019.6739چکیده
پدیده تولید ماسه سالانه هزینهی گزافی را به صنعت نفت تحمیل میکند و در این پژوهش، به شبیهسازی عددی این پدیده پرداخته شده است. هدف از این پژوهش، علاوه بر شناخت کاملتر سازوکار ریزمقیاس تولید ماسه در تودههای ماسهای تحکیمنیافته (فاقد چسبندگی)، بررسی اثرگذاری دو عامل تنش همه جانبه و فشار سیال است. از روشهای اجزای مجزا برای مدلسازی توده و روش شبکهی بولتزمن جهت شبیهسازی رفتار جریان سیال از میان محیط متخلخل خاکی استفاده شد و اندرکنش جریان سیال و محیط دانهای با استفاده از روش مرز متحرک مستغرق همبسته گردید. با توسعه یک برنامه رایانهای، پدیدهی تولید ماسه تحت جریان شعاعی سیال در دو بُعد شبیهسازی شد. نتایج نشان داد با افزایش مقدار تنش همه جانبه، مقدار ماسهی تولیدی و نرخ تولید ماسه افزایش مییابد. همچنین، پس از شروع تولید ماسه و افزایش تعداد سیکلهای محاسباتی، به دلیل تشکیل کمان ماسهی پایدار در اطراف حفرهی مرکزی چاه، نرخ تولید ماسه در تمام نمونهها کاهش مییابد. کمانهای ماسهای مستعد فروپاشی بوده و پس از ناپایداری هر یک از آنها، کمان جدید با قطری بزرگتر جایگزین کمان قبل میشود. با بررسی چگونگی تولید ماسه با مقادیر گوناگون افت فشار سیال مشخص گردید که علیرغم تأثیر اندک مقدار فشار سیال بر تولید ماسه در تنشهای کم، در سطوح تنش بالا افزایش اختلاف فشار سیال سبب افزایش فرسایش ذرات (بیش از دو برابر، با افزایش 50 درصدی فشار سیال) میشود. این مطالعه نشان داد مدل همبستهی اجزای مجزا - شبکهی بولتزمن در حالت دو بُعدی، میتواند سازوکار حاکم بر پدیدهی تولید ماسه را به خوبی بیان کند.
