de Borst, Rene;Rethore, Julien;Abellan, Marie-Angele
Interaction and multiscale mechanics
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v.1
no.1
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pp.83-101
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2008
A derivation is given of two-scale models that are able to describe deformation and flow in a fluid-saturated and progressively fracturing porous medium. From the micromechanics of the flow in the cavity, identities are derived that couple the local momentum and the mass balances to the governing equations for a fluid-saturated porous medium, which are assumed to hold on the macroscopic scale. By exploiting the partition-of-unity property of the finite element shape functions, the position and direction of the fractures are independent from the underlying discretization. The finite element equations are derived for this two-scale approach and integrated over time. The resulting discrete equations are nonlinear due to the cohesive crack model and the nonlinearity of the coupling terms. A consistent linearization is given for use within a Newton-Raphson iterative procedure. Finally, examples are given to show the versatility and the efficiency of the approach.
Taghizadeh, Roohollah;Goshtasbi, Kamran;Manshad, Abbas Khaksar;Ahangari, Kaveh
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.4
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pp.505-513
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2018
Steam flooding is widely used in heavy oil reservoir with coupling effects among the formation temperature change, fluid flow and solid deformation. The effective stress, porosity and permeability in this process can be affected by the multi-physical coupling of thermal, hydraulic and mechanical processes (THM), resulting in a complex interaction of geomechanical effects and multiphase flow in the porous media. Quantification of the state of deformation and stress in the reservoir is therefore essential for the correct prediction of reservoir efficiency and productivity. This paper presents a coupled fluid flow, thermal and geomechanical model employing a program (MATLAB interface code), which was developed to couple conventional reservoir (ECLIPSE) and geomechanical (ABAQUS) simulators for coupled THM processes in multiphase reservoir modeling. In each simulation cycle, time dependent reservoir pressure and temperature fields obtained from three dimensional compositional reservoir models were transferred into finite element reservoir geomechanical models in ABAQUS as multi-phase flow in deforming reservoirs cannot be performed within ABAQUS and new porosity and permeability are obtained using volumetric strains for the next analysis step. Finally, the proposed approach is illustrated on a complex coupled problem related to steam flooding in an oil reservoir. The reservoir coupled study showed that permeability and porosity increase during the injection scenario and increasing rate around injection wells exceed those of other similar comparable cases. Also, during injection, the uplift occurred very fast just above the injection wells resulting in plastic deformation.
The solids and the fluids in porous media have a relative velocity to each other. Due to physically and chemically different material properties and their relative velocity, the behavior of saturated porous media is extremely complicated. Thus, in order to describe and clarify the deformation behavior of saturated porous media, constitutive models for deformation of porous media coupling several effects need to be developed in frame of Arbitrary Lagrangian Eulerian(ALE) description. The aim of ALE formulations is to maximize the advantages of Lagrangian and Eulerian elements, and to minimize the disadvantages. Therefore, this method is appropriate for the analysis of porous media which are considered for the behavior of the solids and the fluids. For this reason, mass balance equations for saturated porous media are derived here in ALE description frames. ALE formulations of mass conservation for the solid phase and the fluid phase are expressed. Then, linear momentum balance equation for porous media as multiphase media is expressed.
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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1999.11b
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pp.209-213
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1999
In the society of the 21\ulcorner century under multiphase media conditions, the rapidly glowing electronic media will replace the conventional paper media in a variety of areas. However, if human being still has an affinity for paper media and an instinct for hardcopy from electronic-based text or image, the new market will be created for the paper industry. To what extent the consumer choses paper media for output will depend upon the availability of functions of paper media appealing to human senses; i.e., "sensory functions of paper". As a whole, on-demand type personal as well as business communications will increase in the next century and this trend will lead certainly to a rapidly expanding "contents hardcopy market". The technological progress of the paper industry in the 21\ulcorner century depends upon the market needs for higher products quality and higher efficiency of manufacturing process as well as an endeavour to overcome constraints from forest resource, energy, and environmental issues. Under the conditions with above constraints, the paper media will be polarized into two categories; (1)paper for higher image reproduction capability for original image or text and (2)paper for lower reproduction but with higher appeals for human senses. To cope with these trends, psycho-physical analysis and a sensory engineering approach for developing new paper media is vitally required. Also newly emerged roles of paper physics in the multimedia age is pointed out associated with sensory functions of paper that are not well-understood so far.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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1999.10a
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pp.39-43
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1999
불포화대에서 LNAPL의 이동과 분포를 수치 모의를 통하여 예측하였다. 균질한 매질에서 LNAPL의 이동은 조립질 매질에서 빠르고, 세립질 매질에서 더 많은 면적으로 확산되며, 더 많은 LNAPL이 불포화대에 잔류한다. 조립질 매질내에 세립질층이 존재할 경우, 이 층이 지하수면으로부터 멀수록 LNAPL이 많이 포획된다. 조립질 매질에 세립질 또는 더 조립질인 매질이 렌즈 상으로 존재하는 환경에서는, LNAPL이 이들 렌즈를 통과하지 못한다. 불균질한 렌즈가 존재할 때의 LNAPL 분포를 초기조건으로 이용하여, 지하수 면의 수직 이동과 물의 침투에 따른 LNAPL의 이동을 모의하였다. 두 경우 모두 불포화대에 잔류되어 있던 LNAPL의 수직방향 이동이 증가되었다. 특히, 지하수면의 하강 시 LNAPL이 조립질 렌즈를 통해 이동하나, 세립질 렌즈를 통해서는 이동하지 못한다.
Recently, various multiphase flows have been developed, and among them some models have been commercialized. However, most of them have been developed based on a pressure-based approach; therefore, various numerical difficulties were involved inherently. Accordingly, in order to overcome these numerical difficulties, a multiphase flow model, MultiPhaSe flow (MPS), following a fractional-flow based approach was developed. In this study, by combining a contaminant transport module describing an enhanced dissolution effect of a surfactant with MPS, a MultiPhaSe flow and TranSport (MPSTS) model was developed. The developed model was verified using the analytical solution of Clement. The MPSTS model can simulate the process of surfactant enhanced aquifer remediation including interphase mass transfer and contaminant transport in multiphase flow by using the coupled particle tracking method and Lagrangian-Eulerian method. In this study, a surfactant was used in a non aqueous phase liquid (NAPL) contaminated area, and the effect of hydro-geological heterogeneity in the layered media on remediation efficiency was studied using the developed model. According to the numerical simulation, when hydraulic conductivity in a lower layer is 10 times, 20 times, and 50 times larger than that in an upper layer, the concentration of dissolved diesel in the lower layer is much higher than that in the upper layer because the surfactant moves faster along the lower layer owing to preferential flow; thus, the surfactant enhances dissolution of residual non aqueous phase liquid in the lower layer.
Kim, You-Seong;Kim, Jae-Hong;Kim, Tae-Heon;Lee, Jin-Kwang
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.30
no.2
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pp.77-85
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2014
The paper presents comparison between numerical and experimental results to verify finite element algorithm of air diffusion in three-phase porous media. The theory of two-phase flow in partially saturated soil is a fundamental study to predict the safety for $CO_2$ sequestration. Geotechnical engineering problems exposed to atmospheric pressure generally assume that air pressure is equal to zero in three-phase porous media, but the geotechnical engineering problem at a depth of about over 1 km needs to be considered in connection with deformable solid skeleton due to air pressure. Therefore, the objective of this study is to validate the numerical algorithm by comparing with results obtained from measurement of air diffusion and dissipation through drainage test.
Seonggan Jang;Taeseop Kim;Changmin Kim;Minjune Yang
The Journal of Engineering Geology
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v.34
no.3
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pp.473-496
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2024
This study reviewed image analysis techniques used in non-destructive investigations of solute transport mechanisms in porous media during contaminant transport. Commonly employed image analysis methods include X-ray imaging, light-transmission visualization, and light-reflection visualization using ultraviolet or visible light. These techniques provide precise, high-resolution data on solute concentration distributions, fluid flow dynamics, and multiphase systems. Through continuous monitoring without alteration of the experimental setup, they provide accurate insights into solute transport mechanisms. We outline the principles, applications, advantages, and limitations of each method, and explore their contribution to the understanding and prediction of solute transport. We also examine case studies in which these methods have been effectively applied. This review provides a comprehensive understanding of how image analysis techniques can contribute to addressing environmental issues such as groundwater contamination.
Imaging technologies are applied at various geological scales including pore scale, core scale and intermediate scale in order to characterize pore space of rocks as well as to map the fluid distribution in porous media. This technical report presents experimental results using core-flooding apparatus suited with imaging technology. Three different core samples, that are homogeneous, fractured and heterogeneous cores, were used to assess the two-phase fluid migration behavior as $CO_2$ displaces resident brine. We show that imaging technology can be effective in characterizing salt-precipitation, capillary pressure and spatio-temporal variation of trapping mechanisms.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.5
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pp.10-18
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2017
The problem of non-ideal detonation propagation velocities in heterogeneous hybrid mixtures is studied in the case of a high explosive with suspended fine aluminum (Al) particles. Since there exist difference in the time scales of the characteristic induction and combustion of High Explosives and solid particles, the process of energy release behind the leading shock front occurs over an extended period of time. The problem is analyzed by the theory of the mechanics of multiphase media with mass, momentum and heat exchanges between particles and gases. The numerical results match the available experimental results of heavily aluminized (5~25% Al weight) HMX explosive obtained previously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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