Numerical Study of a Problem of Fluid Filtration in a Thin Poroelastic Layer

  • М.А. Токарева Altai State University Email: tma25@mail.ru
  • А.Н. Сибин Altai State University Email: sibin_anton@mail.ru
Keywords: multiphase flow, poroelasticity, sheet ice, finite-difference scheme, viscoelasticity

Abstract

The paper presents results of a numerical study of a mathematical model of viscous fluid filtration in a poroelastic medium with viscoelastic properties. The focus of this research is on model development, problem formulation, and elaboration of a numerical algorithm to solve this problem, as well as a preliminary analysis of numerical study results. The proposed model can be used in a study of processes that occur in the ice cover. This approach treats the ice as a biphasic medium consisting of a liquid (water) phase and a solid (ice) phase being a solid elastic ice skeleton with viscoelastic properties. Thus, the ice cover has properties of a non-Newtonian fluid in this model, and phase transitions and temperature changes are out of concern. A small time parameter is introduced for the process of nondimensionalizing of the original equation system. After passing to the limit (for slow processes), the equation system describes the solid skeleton as a medium with elastic properties greater than viscous. Test numerical calculations are performed, and the field of velocities, porosity, and critical stress values are obtained.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

References

Антонцев С.Н., Кажихов А.В., Монахов В.Н. Краевые задачи механики неоднородных жидкостей. - Новосибирск, 1983.

Bear J. Dynamics of Fluids in Porous Media. - Elsevier, New York, 1972.

Connolly J.A.D., Podladchikov Y.Y. Compaction-driven fluid flow in viscoelastic rock, Geodin. Acta. - 1998. - № 11.

Domenico P.A. and Schwartz F.W., Phisical and Chemical Hydrogeology, Jhon Wiley. - New York, 1990.

Fowler A.C., Yang X. Pressure solution and viscous compaction in sedimentary basins // J. Geophys. Res. - 104, 12,989-12,997, 1999.

Birchwood R.A., Turcotte D.L. A unified approach to geopressuring, low-permeability zone formation, and secondary porosity generation in sedimentary basins // J. Geophys. Res. 99, 20,05120,058, - 1994.

Fowler A.C. A compaction model for melt transport in the Earth’s asthenosphere, part 1, the basic model, in Magma Transport and Storage, edited by M.P. Ryan, Jhon Wiley. - New York, 1990.

Mc.Kzenzie D.P. The generation and compaction of partial melts // J. Petrol., 25, 713-765, 1984.

Morency C., Huismans R.S., Beaumont C., Fullsack P. A numerical model for coupled fluid flow and matrix deformation with applications to disequilibrium compaction and delta stability // Journal of Geophysical Research. - 2007. - Vol. 112.

Tokareva M.A. Solvability of initial boundary value problem for the equations of filtration in poroelastic media // Journal of Physics: Conference Series. - 2016. - Т. 722, № 1.

Tokareva M.A. Localization of solutions of the equations of filtration in poroelastic medium // Журнал Сибирского федерального ун-та. Серия: Математика и физика. - 2015. - Т. 8, № 4.

Токарева М.А. Двумерная задача фильтрации в тонком пороупругом слое // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2013. - № 1-1 (77).

Папин А.А., Подладчиков Ю.Ю. Изотермическое движение двух несмешивающихся жидкостей в пороупругой среде // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2015. - Вып. 1/2. D0I:10.14258/izvasu(2015)1.2-24

Папин А.А., Сибин А.Н. Автомодельное решение задачи поршневого вытеснения жидкостей в пороупругой среде // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2016. - № 1 (89). DOI: 10.14258/izvasu(2016)1-27

Папин А.А., Сибин А.Н. О разрешимости первой краевой задачи для одномерных уравнений внутренней эрозии // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2015. - Вып. 1/2 (85). D0I:10.14258/izvasu(2015)1.2-25

Папин А.А. Существование решения «в целом» уравнений одномерного неизотермического движения двухфазной смеси. I. результаты о разрешимости // Сибирский журнал индустриальной математики. - 2006. - Т. IX, № 3.

Калиткин Н. Н. Численные методы. - М., 1978.

Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. - М. 1971.

Shishmarev K., Khabakhpasheva T., Korobkin A. The response of ice cover to a load moving along a frozen channel. Applied Ocean Research 59 (2016) 313-326.

Шишмарев К.А. Постановка задачи о вязкоупругих колебаниях ледовой пластины в канале в результате движения нагрузки. Известия Алтайского гос. ун-та. - 2015. - Вып. 1/2 (85). D0I:10.14258/izvasu(2015)1.2-35

How to Cite
Токарева М., Сибин А. Numerical Study of a Problem of Fluid Filtration in a Thin Poroelastic Layer // Izvestiya of Altai State University, 1, № 1(93) DOI: 10.14258/izvasu(2017)1-25. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282017%291-25.