Abstract
It is shown that the cubic law can be modified regarding the steady-state Navier-Stokes equations by using perturbation approximation method for a sinusoidal aperture variation. In order to adopt the perturbation theory, the sinusoidal function needs to be non-dimensionalized for the amplitude and wavelength. Then, the steady-state Navier-Stokes equations can be solved by expanding the non-dimensionalized stream function with respect to the small value of the parameter (the ratio of the mean aperture to the wavelength), together with the continuity equation. From the approximate solution of the Navier-Stokes equations, the basic cubic law is successfully modified for the steady-state condition and a sinusoidal aperture variation. A finite difference method is adopted to calculate the pressure within a fracture model, and the results of numerical experiments show the accuracy and applicability of the modified cubic law. As a result, it is noted that the modified cubic law, suggested in this study, will be used for the analysis of fluid flow through aperture geometry of sinusoidal distributions.
본 연구는 정상류 Navier-Stokes 방정식에 섭동(perturbation) 이론을 적용하여 주기함수 간극에 대한 삼승법칙의 수정에 대해 논하였다. 이를 위해, 주기함수를 진폭과 파장에 대한 무차원 함수로 전환한 뒤 미소 계수에 대한 무차원 유동함수와 연속 방정식을 적용하였다. 이러한 과정을 통해 정상류 Navier-Stokes 방정식의 섭동 근사해를 구하였으며 이를 유한 차분법에 적용하였다. 단일 절리 모델에 대한유한 차분 수치해석을 통해, 수정된 삼승 법칙이 주기함수 간극의 유체 유동에 대한 정상류 Navier-Stokes 방정식의 섭동 근사해와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이를 통해 본 연구에서 제시된 삼승 법칙이 간극 분포에 따른 유체 유동의 평가에 있어 유용하게 적용될 수 있는 것으로 나타났다.