اعتبارسنجی شبیه سازی عددی جریان سیال عبوری از شکستگی های سنگی زبر با استفاده از مدلسازی فیزیکی مبتنی بر چاپ سه بعدی

اعتبارسنجی مدل های عددی، ابزاری کلیدی برای استفاده در تحلیل های پیشرفته مانند جریان های غیرخطی و شبکه های پیچیده شکستگی محسوب می شود. مدلسازی های عددی مبتنی بر قانون مکعب، در شبیه سازی اثرات زبری سطح و تغییرات فشار هیدرولیکی دقت کافی را ندارند. فلذا تدقیق و تطبیق آنها با نتایج آزمایشگاهی دقیق و داده های تجربی ضروری است. در این زمینه تکرارپذیری نمونه های مورد آزمایش و تطبیق کامل نمونه های آزمایش عددی و تجربی در شرایط مرزی مختلف نیازمند چاپ و کپی سازی با دقت بالا است. در این مطالعه، نمونه های شکستگی با زبری های کنترل شده (JRC=۰، ۱۰،۲۰) به وسیله چاپ سه بعدی تولید شدند. آزمایش ها تحت فشارهای هیدرولیکی مختلف انجام شد و نرخ جریان و توزیع فشار ثبت گردید. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزارSTAR-CCM+ و روش حجم محدود برای حل معادلات ناویر- استوکس انجام شد. نتایج نشان داد داده های عددی و آزمایشگاهی با خطای کمتر از %۵ مطابقت دارند. افزایش زبری سطح موجب کاهش نرخ جریان شد؛ به عنوان نمونه، در فشار ۱۹۵ پاسکال، دبی از ۵۲۳.۵۱ میلی لیتر بر دقیقه (JRC=۰) به ۴۱۸.۸۰۸ میلی لیتر بر دقیقه (JRC=۲۰) کاهش یافت. همچنین، افزایش فشار هیدرولیکی به طور خطی نرخ جریان را افزایش داد؛ برای JRC=۱۰، دبی از ۴۸۱.۶۲۹ میلی لیتر بر دقیقه در ۱۹۵ پاسکال به ۱۰۶۲.۸۳۹۲ میلی لیتر بر دقیقه در ۴۸۹ پاسکال رسید. این پژوهش نشان داد که ستاپ آزمایشگاهی طراحی شده قادر به اعتبارسنجی دقیق مدل های عددی است و این مدل های عددی و ستاپ آزمایشگاهی را برای تحلیل های پیشرفته تر، نظیر جریان های غیرخطی و شکستگی های متقاطع می توان استفاده کرد.

کلیدواژه ها:

شکستگی زبر ، چاپ سه بعدی ، حل عددی جریان سیال ، نفوذپذیری آزمایشگاهی ، معادلات ناویر- استوکس