مدل‌سازی عددی اثر زبری بر رفتار جریان سیال در شکستگی طبیعی سنگ با استفاده از نرم افزار Fluent

Abstract

در بسیاری از پروژه‌های مهندسی ژئومکانیک، شناخت رفتار هیدرولیکی شکستگی‌های سنگی به عنوان بخش تراوای توده‌سنگ ضروری است. پارامترهای هندسی شکستگی، نظیر زبری دیواره‌ها و بازشدگی شکستگی تاثیر چشم‌گیری در رفتار هیدرولیکی و مکانیکی آن دارد، در این مقاله این پارامترها به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در تهیه مدل هندسی از اسکن سه بعدی دیواره‌های شکستگی سنگ طبیعی استفاده شده و با استفاده از نرم افزار Fluent و حل معادله‌های ناویر- استوکس در این مدل، جریان سیال در شکستگی سنگ شبیه‌سازی شده است. اعتبار مدل‌سازی عددی نیز با نتایج آزمایشگاهی کنترل شده که حاکی از صحت روش مدل‌سازی است. در ادامه برای محدوده وسیعی از نرخ جریان و زبری‌های متفاوت با استفاده از این مدل عددی، جریان سیال در شکستگی سنگی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مدلسازی نشان می‌دهد که رابطه ماکروسکوپی فورچمهیر به خوبی جریان غیرخطی سیال در شکستگی سنگی را توصیف می‌کند. مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی معادله فورچمهیر برای هریک از مدل‌های هندسی برآورد شده است. افزون برآن نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که با افزایش بازشدگی، مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی کاهش می‌یابد.