Supercomputer HPC: Applications

Celem projektu jest: a) wyjaśnienie mechanizmu powstawania i propagacji szczelin w skałach w procesie hydroszczelinowania (działania płynu szczelinującego pod wysokim ciśnieniem) oraz b) opisanie go stosując nowoczesny model matematyczny oparty na metodzie elementów dyskretnych (DEM), łączący mechanikę ciał nieciągłych z mechaniką płynu oraz transportem ciepła w warunkach 3D. Z uwagi na fakt, że proces hydroszczelinowania silnie zależy od niejednorodnej struktury skał, metoda elementów dyskretnych jest odpowiednim narzędziem numerycznym do badań tego procesu na poziomie mezoskopowym. Zostanie zastosowana obliczeniowa dynamika płynów (CFD) do rozwiązania równań Naviera-Stokes w ramach mechaniki płynu. Obliczenia zostaną wykonane dla dwu-fazowego (faza ciekła i gazowa) laminarnego i turbulentnego przepływu nieściśliwego płynu z uwzględnieniem transportu masy, pędu i ciepła w istniejących i nowo-powstających szczelinach skał. W części obliczeniowej zostanie opracowany połączony model DEM/CFD dla skał, łączący mechanikę ciała nieciągłego z mechaniką płynu oraz transportem ciepła na poziomie mezo-struktury skał w warunkach trzy-wymiarowych (3D). Obliczenia zostaną podzielone na 3 etapy: 1) symulacje mechaniczne, 2) połączone symulacje mechaniczno-hydrauliczne oraz 3) połączone symulacje mechaniczno-hydrauliczno-termiczne. W obliczeniach mechanicznych zostaną szczegółowo zbadane wpływy anizotropii skał, położenia i kształtu istniejących szczelin naturalnych, mikro- i makro-porów oraz wielkości i rozkładu elementów dyskretnych na zachowanie skał. Obliczenia mechaniczno-hydrauliczne zostaną wykonane w warunkach izotermicznych. Zostaną zbadany wpływ rodzaju przepływu (laminarny i turbulentny) oraz lepkości dynamicznej płynu szczelinującego na prędkość i ciśnienie w płynie. Obliczenia zostaną wykonane dla różnych układów naturalnych szczelin oraz różnej przepuszczalności i porowatości skał. W obliczeniach mechaniczno-termiczno-hydraulicznych zostaną przyjęte warunki nieizotermiczne i turbulentne przepływu płynu w skałach. Opracowany nowatorski model sprzężony DEM/CFD zostanie zwalidowany z wynikami własnych badań doświadczalnych oraz innych autorów opisanych w literaturze.