裂隙介质耦合流体建模建模

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为什么使用comsol多物理学^®进行流体建模？

一般说，模拟介质的耦合体力学存在两主要挑战挑战挑战。。一一一个内含内含内含大量的的天然天然裂隙裂隙裂隙的的地质地质介质介质介质的连续性连续性表征的整体行为（参考2）。。是力学耦合机制的的计算计算计算计算计算计算计算（（

已经中，已经年中了大量在应对这些的商业商业软件包包和和和开源开源代码。。。然而然而然而然而。然而然而。。。。。其中其中其中其中其中必须使用不同来耦合，这既方便此外此外此外此外

使用comsol多物理学是是具有卓越功能功能：

1. 同时求解多，实现直接耦合
2. 将模型为其他变量的，实现函数，实现耦合耦合耦合
3. 明确表示裂隙，并并其中的过程过程（如裂隙和变形变形）

下面，comsol多物理学中中介质合流体数值模型模型，并步骤步骤步骤步骤步骤

建模过程

在comsol多物理学中中数值涉及三个。。。

步骤1：生成模型几何网格网格

首先，AutoCAD®rhinoceros®CAD软件软件/折线表示/折线表示表示折线折线的的离散裂隙裂隙网络。然后然后将将几何几何几何数据导出为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为为®中完成，以按照的分布裂隙网络网络，并合成网络网络网络

提示：您还使用离散裂隙网络在在在在comsol多物理学内部内部的现有几何结构中创建，如3d示例示例示例述述述。

导入几何，我们使用三角形有限元元结构化网格（通过通过通过通过通过通过通过通过通过通过通过通过通过细分细分细分细分对域对域对域对域对域对域对域进行进行进行离散化离散化离散化离散化离散化离散化离散化离散化离散化离散化其中其中其中裂隙裂隙由由嵌入嵌入

图1。1，其中有限网格离散化离散化，其中其中离散化裂隙裂隙由嵌入相邻有限元之间表示

第二：模型设置并材料属性耦合参数和条件条件

我们使用comsol多物理学中中的固体力学和达西定律接口对介质的力学过程进行模拟。我们激活多孔弹性以实现流体方程之间直接直接。我们定义定义了和和裂隙裂隙的的材料材料材料材料材料特性特性和和本构本构本构方程。。。一些岩石岩石岩石岩石岩石岩石特性特性特性特性特性压力状态，以以间接耦合还了力学和水力条件条件

第三：解解计算

我们在连续阶段运行模型在第一，系统阶段阶段阶段，系统的原位（（（）。通过通过通过。。。。。

仿真实例

示例1：裂隙岩石中的注入注入

我们应用来模拟流体注入影响裂隙岩石流体流体行为行为（参考文献1）。。真实捕捉裂隙压力压力扩散扩散扩散扩散扩散扩散扩散扩散扩散扩散中中由由脆性脆性脆性和疲劳引起的的损伤损伤损伤以及以及裂隙裂隙结构结构对流体流体力学力学力学过程过程过程影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响影响2）裂隙岩石损伤应力详细详细演变演变演变演变演变演变演变演变演变多孔驱动驱动驱动系统中中新新新损伤损伤传播传播的（（（（（（图图图图图图图3）（4）。。活动活动。。。。。。。。。。。。。。。。。

2注液注液裂隙岩石的演化与与。。。

图3查看（a）损伤的;（b）应力应力（b）（b）（即即大主应力与最小主应力小主应力比值比值比值比值比值）;（c）裂隙岩石（c）裂隙岩石裂隙岩石裂隙岩石的

4低低密度分别为为为为为为裂隙岩石诱发地震的空间分布和。。。。。。。

示例2：裂隙岩石裂隙岩石地下开挖

该模型用于裂隙岩石中引起的扰动由产生的瞬态流体力学（（参考4）。。了由于时间时间时间t= 0-0.1小时）和和的排水时间t= 0.1〜20 h）过程的显着的压力变化扩散以及损伤损伤损伤演变演变演变演变演变演变演变演变演变系数系数系数系数系数系数系数系数系数系数系数系数。。。。。对对对对对对对系数系数系数系数系数系数进行敏感性（或者说强），时（6）6）

5裂隙岩石裂隙岩石过程及开挖后的，应力和损伤。。

6在（左图）和（右）阶段，具有

除了上述模型，我们模型外我们开发一完全耦合的热流体体力学力学模型模型来裂隙性地地热储层热储层在在在长期长期长期水水循环循环和和产热产热参考3）。

参考文献

1. Q. Lei等人，“对液体注射诱导的裂缝激活，损伤生长，地震性发生和自然断裂岩石的连通性变化”，“建模”，国际岩石力学与采矿科学杂志， 不。138，卷。104598，2021。
2. Q. Lei等人，“使用离散断裂网络对断裂岩石的地质力学和水文行为进行建模”，计算机和岩土技术， 不。85，第151-176页，2017年。
3. Z. Sun等人，“热扰动和原位应力对裂缝地热储层中传热的综合作用”，岩石力学和岩石工程， 不。54，第2165–2181页，2021年。
4. C. Zhao等人，“水力机械耦合在发掘诱导的损伤传播，裂缝变形和微吸毒性演变中的作用”工程地质， 不。289，卷。106169，2021。

关于作者

雷庆华博士，讲师，瑞士。雷是岩石力学和工程工程（ISRM）的rocha奖章，ngw ngw cook博士cook博士博士论文（arma）的（arma）的耦合过程表征多相流，地震波地震波，诱发地震活动和和边坡他他是是断裂岩石热断裂岩石热断裂岩石热断裂岩石热断裂岩石热-水力-机械-机械-机械-isrm rm委员会过程过程过程过程水力水力水力断裂岩石热是是是是是他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他他技术委员会的成员。

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