A New Lattice Boltzmann Equation to Simulate Density-Driven Convection of Carbon Dioxide
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The storage of CO2 in fluid-filled geological formations has been carried out for more than a decade in locations around the world. After CO2 has been injected into the aquifer and has moved laterally under the aquifer’s cap-rock, density-driven convection becomes an important transport process to model. However, the challenge lies in simulating this transport process accurately with high spatial resolution and low CPU cost. This issue can be addressed by using the lattice Boltzmann equation (LBE) to formulate a model for a similar scenario when a solute diffuses into a fluid and density differences lead to convective mixing. The LBE is a promising alternative to the traditional methods of computational fluid dynamics. Rather than discretizing the system of partial differential equations of classical continuum mechanics directly, the LBE is derived from a velocity-space truncation of the Boltzmann equation of classical kinetic theory. We propose an extension to the LBE, which can accurately predict the transport of dissolved CO2 in water, as a step towards fluid-filled porous media simulations. This is achieved by coupling two LBEs, one for the fluid flow and one for the convection and diffusion of CO2. Unlike existing lattice Boltzmann equations for porous media flow, our model is derived from a system of moment equations and a Crank-Nicolson discretization of the velocity-truncated Boltzmann equation. The forcing terms are updated locally without the need for additional central difference approximation. Therefore our model preserves all the computational advantages of the single-phase lattice Boltzmann equation and is formally second-order accurate in both space and time. Our new model also features a novel implementation of boundary conditions, which is simple to implement and does not suffer from the grid-dependent error that is present in the standard "bounce-back" condition. The significance of using the LBE in this work lies in the ability to efficiently simulate density-driven convection of CO2 through water. From an implementation viewpoint, the locality of our algorithm exploits massively parallel modern computer architectures, including graphics processing units (GPUs), which would lead to very fast computations that scale linearly with the number of processors.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».