EVALUATION OF NUMERICAL SOLUTIONS FOR ANALYSIS OF COUPLED TWO-PHASE FLOW WITH GEOMECHANICAL BEHAVIOR IN HETEROGENEOUS POROUS MEDIA

• Main Author: WAGNER NAHAS RIBEIRO
• Other Authors: EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2011
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=18563@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=18563@2

COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === O acoplamento fluido-mecânico como é conhecido o efeito tanto do meio poroso no meio fluido, quanto do efeito do meio fluido no meio poroso, possui uma ampla aplicabilidade em diversos campos da engenharia, tornando-se um importante objeto de estudo. O presente trabalho analisa alguns modelos acoplados de deformação e fluxo, particularmente fluxo bifásico e acoplamento com deformação, levando-se em consideração a não linearidade física do solo. A análise de fluxo em condição bifásica pode conduzir a instabilidade, devido à característica parabólica-hiperbólica das equações governantes, bem como o método empregado para soluções das mesmas, podendo não capturar satisfatoriamente condições de heterogeneidade do meio geológico. Sendo assim, são estudadas formulações numéricas capazes de contornar essas dificuldades e ainda empregadas em condição acoplada com o problema de deformação. Emprega-se inicialmente o método dos elementos finitos, MEF, para solução do problema acoplado com fluxo bifásico, em sequência uma formulação mista em que se resolve a equação da pressão através do MEF, e intermediariamente utilizam-se métodos de melhor aproximação da velocidade como os elementos de Raviart-Thomas de mais baixa ordem e solução da equação da saturação pelo método dos volumes finitos, MVF, com esquema de interpolação de alta ordem para captura de frente de saturação. Ainda assim é apresentada uma formulação em que se emprega o método dos elementos finitos descontínuos, MEFD, apresentado em Hoteit (2008), que no presente trabalho é acoplada com o problema de deformação utilizando um procedimento staggered para solução iterativa de ambos os sistemas. São apresentados exemplos que validam as diversas formulações e que destacam as propriedades de cada uma das formulações, com vantagens e desvantagem nas suas aplicações. === The fluid-mechanical coupling is known as the effect of both the porous media in a fluid as the fluid in porous media, it has been studied intensively in past years and in recent years, given its importance in various application fields of engineering. This works studies numerical models of coupled deformation and flow, considering coupled two-phase flow and deformation, taking into account the nonlinear soil behavior. The numerical analysis of two-phase flow can lead to instabilities due to parabolic-hyperbolic character of the governing equations and the method employed does not adequately capture the heterogeneity of the geological environment. Thus, we analyze the numerical formulations capable of overcoming these difficulties and to be employed on coupled condition with deformation. Initially the finite element method, FEM, is employed for solution of the coupled two-phase flow problem. Another formulation is employed in a mixed basis, the pressure equation is solved through the FEM, solution of the equation of saturation by finite volume method, FVM, using interpolation scheme with high order to capture the saturation front. In an intermediate step, it is employing methods to better pos-processing the velocity filed as the lowest-order Raviart- Thomas finite elements. Finally, it is presented a formulation that employs the discontinuous finite element method, DFEM, presented in Hoteit et al (2008), is coupled in this work with the problem of deformation using a staggered procedure for iterative solution of the systems. Examples are presented that validate the various formulations and highlight the properties of each formulation, with advantages and disadvantages in their applications.