НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
Углекислый газ - один из нескольких парниковых газов, увеличение атмосферной концентрации которого приводит к повышению средней температуры планеты, вызывая изменения климата, окружающей среды и условий жизни человека. Одним из методов снижения негативного воздействия CO2 является его хранение в подземных водоносных пластах. В этом случае за счет непроницаемости породы, а также растворения в воде углекислый газ не будет выходить в атмосферу.
Успешное развитие геологического размещения CO2 требует широкого использования симуляторов для проверки и оптимизации мест хранения. Однако временные масштабы рассматриваемых явлений таковы, что нет достаточно долгосрочных данных для проверки симуляторов. Для достижения разумных временных масштабов исследовательской группой Бергенского университета (Норвегия) в 2022 году была построена модель геологического хранилища лабораторного размера FluidFlower. Проведено 5 экспериментов по закачке углекислого газа в водонасыщенный пласт в одинаковых условиях.
Преобладающим процессом в этой системе является конвекция CO2 при растворении в воде. Наблюдение и учет данного явления имеют важное значение для моделирования размещения углекислого газа в пластах, так как характерные размеры конвективных потоков малы по сравнению с протяженностью геологических резервуаров. В рамках данной работы получена численная модель этой системы на симуляторе Mufits, и проведено сравнение с реальными результатами. Также установлено, что примененные уравнения подходят для исследования влияния конвекции на поведение CO2 при размещении в водоносных пластах, поскольку симулятор с достаточной точностью предсказывает поведение газа.
Светлана Константиновна Вязьмина
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
В данной работе рассматривается экспериментальное исследование колебаний двухслойной жидкости в подвижном баке, совершающим возвратно- поступательное движение. Дано описание экспериментальной установки и определены в эксперименте основные динамические характеристики нелинейных колебаний двух жидкости, а также приведено сравнение полученных экспериментальных результатов с теоретическими.
В качестве испытуемых жидкостей были выбраны вода, подсолнечное масло плотностью. Экспериментальная установка рис. 1 состоит из основания, подвижной пластины, прозрачного бака, электромеханического возбудителя колебаний и контрольно-измерительного комплекса. Основание представляет собой неподвижную пластину из текстолита, на которой были закреплены электромеханический возбудитель и металлические направляющие, обеспечивающие плавное движение без боковых вибраций подвижной пластины.
Весь процесс колебаний регистрировался на видеокамеру Айфон 15 Pro Max и затем анализировался на персональном компьютере ASUS.
Вин Ко Ко
ЮФУ, студент
Повсеместная потребность в компактных источниках энергии привела к созданию большого количества различных батарей, в состав которых входит как лёгкие металлы, типа лития, так и тяжёлые, типа кобальта и никеля. Их переработка и повторное использование затруднено трудоемкостью разделения лития от тяжёлых металлов из растворов электролитов. Одним из перспективных методов является электробаромембранный способ разделения [1]. Этот метод подразумевает использование нанофильтрационных мембран, которые имеют поры больших размеров по сравнению с обратноосмотическими мембранами, что делает их менее селективными для ионов, но увеличивает их гидродинамическую проницаемость [2].
В данном докладе будут представлены результаты численного моделирования электроконвекции в электробаромембранной ячейке. Такая ячейка состоит из двух полостей, заполненных электролитом, разделённых тонкой нанофильтрационной мембраной (см. рис.). На систему подаётся разность электрических потенциалов, что приводит к электрокинетическим процессам. В одной из камер создаётся повышенное давление, что приводит к гидродинамическим течениям через пористую мембрану.
Было исследовано влияние градиента давления на электрокинетическую неустойчивость, которая возникает около ионоселективных мембран при достаточно больших напряжённостях внешнего электрического поля [3, 4]. Наличие электроконвекции, с одной стороны, усиливает электрический ток, проходящий через мембрану, но, с другой стороны, приводит к перемешиванию электролита около мембраны, что затрудняет процесс разделения ионов металлов в области вихреобразования.
Работа выполнена при поддержке РНФ, грант № 22-79-10085.
Илья Иванович Ольберг
НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова
Рассмотрена задача двухфазной фильтрации несжимаемых жидкостей в анизотропной пористой среде, находящейся в поле силы тяжести. Исследовано влияние анизотропной проницаемости, гравитационного расслоения фаз и капиллярного давления на эффективность вытеснения. Определены критерии подобия, характеризующие направления течения вытесняющей и вытесняемой жидкостей и на фазовой плоскости ограничена область значений этих параметров, которые соответствуют реальным значениям физических параметров пластов и жидкостей, насыщающих их. В рамках исследования численных решений профильной задачи фильтрации проведена классификация режимов вытеснения из анизотропного пласта [1]. Показано, что существует четыре режима, соответствующих качественно различным течениям. Проведено сравнение их эффективности в терминах коэффициента извлечения жидкости из пласта и коэффициента его охвата вытеснением. Исследовано влияние капиллярного давления на эффективность вытеснения в различных режимах течения. Показано, что в одних случаях увеличение влияния капиллярного давления приводит к повышению коэффициента вытеснения, а в других режимах, наоборот, – к его снижению. Представлены карты максимальных значений коэффициентов эффективности в фазовой плоскости и соответствующие им положения горизонтальных скважин, при которых эти значения достигаются.
1. Чернова А. А., Афанасьев А.А. Режимы вытеснения жидкости из анизотропного пласта в поле силы тяжести // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 6. С. 95–109.
Анна Александровна Чернова
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Природные течения в силу больших масштабов, как правило, являются полностью турбулентными [1, 2]. В глубоких водоемах коэффициенты турбулентного обмена в вертикальном и горизонтальном направлениях существенно различаются, так как из-за устойчивой плотностной стратификации вертикальные пульсации гидрологических характеристик меньше горизонтальных [3]. С этим связаны основные трудности моделирования гидродинамики озер [4, 5].
В рамках представленной работы численно исследуются эффекты коэффициентов горизонтальной турбулентной вязкости на примере развития весеннего термобара (природного явления, проявляющегося в виде узкой зоны погружения поверхностных вод в окрестности температуры максимальной плотности) в оз. Долгое с помощью негидростатической 2.5D модели, включающей в себя уравнения неразрывности, количества движения, энергии, турбулентных характеристик и др. [6].
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №24-47-10001, https://rscf.ru/project/24-47-10001/.
1. Роди В. Модели турбулентности окружающей среды // Методы расчета турбулентных течений. Москва: Мир, 1984. С. 276-278.
2. Караушев А.В. Проблемы динамики естественных водных потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. 392 с.
3. Доронин Ю.П. Физика океана. С.-Пб.: РГГУ, 2000. 305 с.
4. Жегулин Г.В., Зимин А.В. Оценки коэффициентов горизонтального турбулентного обмена в Белом море по данным измерений скорости течений // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017. Т. 10, № 1. С. 17-30.
5. Cheng R.T., Powell T.M., Dillon T.M. Numerical models of wind-driven circulation in lakes // Appl. Math. Modelling. 1976, V. 1, No. 3. 141-159.
6.Tsydenov B.O. Numerical modeling of the autumnal thermal bar // J. Mar. Syst. 2018. No. 179. P. 1-9.
Баир Олегович Цыденов
