Generalized three-dimensional lattice Boltzmann color-gradient method for immiscible two-phase pore-scale imbibition and drainage in porous media
Notice bibliographique
Résumé
This article presents a three-dimensional numerical framework for the simulation of fluid-fluid immiscible compounds in complex geometries, based on the multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method to model the fluid dynamics and the color-gradient approach to model multicomponent flow interaction. New lattice weights for the lattices D3Q15, D3Q19, and D3Q27 that improve the Galilean invariance of the color-gradient model as well as for modeling the interfacial tension are derived and provided in the Appendix. The presented method proposes in particular an approach to model the interaction between the fluid compound and the solid, and to maintain a precise contact angle between the two-component interface and the wall. Contrarily to previous approaches proposed in the literature, this method yields accurate solutions even in complex geometries and does not suffer from numerical artifacts like nonphysical mass transfer along the solid wall, which is crucial for modeling imbibition-type problems. The article also proposes an approach to model inflow and outflow boundaries with the color-gradient method by generalizing the regularized boundary conditions. The numerical framework is first validated for three-dimensional (3D) stationary state (Jurin's law) and time-dependent (Washburn's law and capillary waves) problems. Then, the usefulness of the method for practical problems of pore-scale flow imbibition and drainage in porous media is demonstrated. Through the simulation of nonwetting displacement in two-dimensional random porous media networks, we show that the model properly reproduces three main invasion regimes (stable displacement, capillary fingering, and viscous fingering) as well as the saturating zone transition between these regimes. Finally, the ability to simulate immiscible two-component flow imbibition and drainage is validated, with excellent results, by numerical simulations in a Berea sandstone, a frequently used benchmark case used in this field, using a complex geometry that originates from a 3D scan of a porous sandstone. The methods presented in this article were implemented in the open-source PALABOS library, a general C++ matrix-based library well adapted for massive fluid flow parallel computation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».