Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Мустафина Дарья Александровна

Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией
<
Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Мустафина Дарья Александровна. Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.14, 05.13.18 / Мустафина Дарья Александровна; [Место защиты: Башкир. гос. ун-т].- Уфа, 2010.- 165 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-1/451

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Проблемы моделирования неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией - 9

1.1 Обзор математических моделей применяемых для процессов неизотермической фильтрации..- 9

1.2 Существующие численные методы для решения задач неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией - 15

1.3 Проблемы применения коммерческого программного обеспечения для задач пеизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией - 21

1.4 Выводы -24 -

ГЛАВА 2. Моделирование однофазной неизотермической фильтрации жидкости или газа на основе мкэко - 26

2.1 Постановка задачи -26 -

2.2 Метод дискретизации расчетной области - 29 -

2.3 Особенности МКЭКО с равным порядком интерполяции скорости и давления - 35 -

2.4 Вывод дискретного аналога для уравнения неразрывности и движения - 37 -

2.5 Особенности дискретного аналога уравнения переноса и энергии - 45 -

2.6 Алгоритм численного решения - 46 -

2.7 Программная реализация метода - 47 -

2.8 Тестирование разработанного программного обеспечения - 49 -

2.9 Выводы -73 -

ГЛАВА 3. Моделирование двухфазной неизотермической фильтрации на основе МКЭКО - 74 -

3.1 Постановка задачи -74 -

3.2 Вывод дискретного аналога уравнения для определения давления - 76 -

33 Вывод дискретного аналога уравнения неразрывности нефтяной фазы - 81 -

3.4 Особенности дискретного аналога уравнения энергии - 83 -

3.5 Программная реализация метода - 87 -

3.6 Тестирование разработанного программного обеспечения - 90 -

3.7 Выводы - 100-

ГЛАВА 4. Моделирование неизотермической двухфазной фильтрации смешивающихся слабосжимаемых жидкостей -101 -

4.1 Постановка задачи и особенности математической модели - 101 -

4.2 Метод дискретизации расчетной области - 106 -

4.3 Гибридный МКЭКО с равным порядком интерполяции скорости и давления - 109 -

4.4 Вывод дискретного аналога уравнения неразрывности - 110-

4.5 Особенности дискретного аналога конвективно - диффузионного уравнения - 112 -

4.6 Алгоритм численного решения - 114 -

4.7 Тестирование метода - 115-

4.8 Выводы - 125-

ГЛАВА 5. Исследование влияния неизотермичности в прискважиннои области на процесс пробоотбора в изотропных и анизотропных пластах -126-

5.1 Постановка задачи - 126 -

5.2 Анализ результатов решения изотермической задачи пробоотбора для вертикальной скважины .-136-

5.3 Анализ результатов решения неизотермическои задачи пробоотбора для вертикальной скважины -138 -

5.4 Особенности постановки задачи для случая пробоотбора через горизонтальную скважину...- 141 -

5.5 Влияние толщины пласта на процесс пробоотбора - 144 -

5.6 Влияние неизотсрмичностн на процесс пробоотбора - 145 -

5.7 Влияние анизотропии плста на процесс пробоотбора - 147 -

5.8 Выводы - 149-

Заключение -150-

Литература -151 -

Введение к работе

Актуальность проблемы.

Моделирование разработки нефтегазоносных пластов осложняется значительной неоднородностью и анизотропией свойств пород, слагающих продуктивный пласт коллектора, а также тем, что при тепловой обработке коллектора среды, содержащиеся в пластах, приобретают температуру, отличную от естественной пластовой температуры. Кроме того, значительное влияние на продуктивность пласта оказывает околоскважинная зона, свойства которой обычно значительно изменены в сравнении с остальной частью пласта. Таким образом, фильтрационные процессы определяются различными характерными размерами: размер скважин, околоскважинных зон, размер контура питания. Поэтому разработка специальных численных методов, позволяющих решать разномасштабные неизотермические задачи фильтрации, является актуальной.

Цель работы.

Цель работы заключается в исследовании процессов неизотермической одно-и двухфазной фильтрации с учетом геометрических особенностей пласта, околоскважинной зоны и при наличии анизотропии теплопроводности и проницаемости на основе разработки эффективного численного метода

Научная новизна работы:

  1. Разработаны консервативные варианты конечно - элементного метода контрольного объёма для численного решения задач неизотермической однофазной фильтрации жидкости или газа и двухфазной фильтрации несмешивающихся слабосжимаемых жидкостей в двумерных областях и двухфазной смешивающейся фильтрации в трехмерных областях.

  2. Разработан новый способ учета тензора проницаемости и эффективной теплопроводности для анизотропных резервуаров.

  3. Разработан новый метод "неявное давление - неявная насыщенность" для задач смешивающийся двухфазной фильтрации.

  4. Установлено, что неизотермичность оказывает значительное влияние на очистку пробы на начальной стадии процесса отбора пластовых флюидов и не влияет на степень загрязнения пробы на конечной стадии пробоотбора как для горизонтальной, так и для вертикальной скважин.

Научная и практическая значимость работы.

Научная и практическая значимость работы заключается в разработке консервативных вариантов конечно-элементного метода контрольного объёма, позволяющих моделировать разномасштабные задачи одно- и двухфазной фильтрации с учетом геометрических особенностей, при наличии неоднородности свойств пласта и анизотропии проницаемости и теплопроводности, используя грубые сетки с локальным неструктурированным сгущением. Предложенный для случая смешивающейся фильтрации слабосжимаемых жидкостей численный метод решения многофазных задач "неявное давление - неявная насыщенность" позволяет использовать неявную разностную схему, которая является безусловно устойчивой.

Практическая ценность заключается в создании программных комплексов на языке Fortran для численного моделирования одно- и двухфазной фильтрации. Решены прикладные задачи о процессе пробоотбора в вертикальной и горизонтальной скважинах.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных научно-технических конференциях и семинарах:

  1. Семинар лаборатории радиационной газовой динамики Института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН (Москва, 2009)

  2. Заседание кафедры геофизики физического факультета Башкирского государственного университета (Уфа, 2009)

  3. Вторая всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроение России» (Москва, 2009)

  4. IV-я международная научно-практическая конференция STAR-2009: «Компьютерные технологии решения прикладных задач тепломассопереноса и прочности» (Нижний Новгород, 2009)

  5. XV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2009)

  6. Российская техническая нефтегазовая конференция и выставка SPE 2008 (Москва, 2008)

  7. X международная конференция «Тепловое поле Земли и методы его изучения» (Москва, 2008)

  8. Научно-практическая конференция «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений» (Уфа, 2008)

9. Выставка научно-технического творчества студентов в рамках XII Всемирного Русского Народного Собора (Москва, 2008)

10.Вторая студенческая научно-инженерная выставка «Политехника» (Москва, 2007)

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, список которых приводится в конце автореферата. По результатам работы подано 2 заявки на патент.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы из 134 наименований. Общий объем работы составляет 165 страницы, включающих 83 рисунка и 15 таблиц.

Существующие численные методы для решения задач неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией

Процессы тепло- и массообмена в геологических пластах осложняются особенностями геометрии, такими как многопластовые коллекторы с трещинами и разрывами или прискважинные зоны. В этих случаях возникает необходимость формирования расчетных сеток, обладающих более гибкими и разнообразными свойствами с точки зрения возможности адаптации сетки к геометрии задачи и особенностям решения. Для этих целей применяют сетки с нерегулярной структурой. Среди нерегулярных сеток выделим два основных класса: 1. Структурированные сетки. Наиболее известным примером таких сеток являются нерегулярные четырехугольные сетки (Рис. 1.1), которые во многом наследуют свойства стандартных прямоугольных сеток. 2. Неструктурированные сетки. В качестве примера можно рассмотреть треугольные сетки. Для них шаблон разностной схемы не сохраняет структуру. В отличие от случая структурированной сетки, в этом случае для каждого узла расчетной области строится разностный шаблон с учетом расположения всех его соседей. Преимущества структурированных сеток связаны с сохранением канонической структуры сеточного шаблона для каждого узла сетки. Данный подход значительно упрощает построение дискретного аналога и программную реализацию. Среди структурированных сеток необходимо выделить важный класс ортогональных сеток. В этом случае очень хорошо проявляются преимущества структурированных сеток перед неструктурированными, такие как простота построения дискретных аналогов и быстрое решение системы линейных уравнений. Аппроксимация на ортогональных структурированных сетках может проводиться подобно аппроксимации на стандартных прямоугольных сетках. Для криволинейных неортогональных сеток, при применении новых независимых переменных [64] происходит преобразование координат. В этом случае нерегулярная в исходных координатах сетка преобразуется в регулярную в новых независимых координатах (Рис. 1.1а).

Треугольные сетки являются наиболее используемыми неструктурированными сетками. Использовать более сложные топологические типы [31] неструктурированных сеток чаще всего нет необходимости. При построении треугольных сеток (триангуляции) следует обращать внимание на два основных требования. Первое требование триангуляции состоит в том, чтобы полученные треугольники были близки к равносторонним. Вторым требованием является равномерность сетки. Этим требованиям соответствует триангуляция по Делоне, которая обладает рядом оптимальных свойств: при триангуляции по Делоне максимизируется минимальное значение внутренних углов треугольников [55]. Триангуляция по Делоне активно используется в вычислительной практике при построении схем конечных элементов. Имеется также много хорошо проработанных вычислительных методов генерации таких треугольных сеток [69, 93, 50]. Отметим некоторые общие подходы к построению разностных схем. на нерегулярных сетках: метод опорных операторов, метод конечных элементов, метод контрольного объёма. В случае метода опорных операторов [29] задача формулируется в терминах инвариантных операторов векторного анализа - дивергенция, градиент.

Далее один из них (который и называется опорным) аппроксимируется, а аппроксимации других согласуются с аппроксимацией опорного на основе интегральных соотношений векторного анализа. В идейном плане этот подход примыкает к смешанному методу конечных элементов [84, 78], когда исходное эллиптическое уравнение второго порядка записывается в виде системы уравнений первого порядка и в качестве неизвестных выступает само решение и его первые производные. Как и для общих неструктурированных сеток, так и для структурированных можно строить разностные схемы на основе конечно-элементных аппроксимаций [26]. В работах [75, 132, 104, 108, 127, 134, 125] для моделирования одно- и двухфазных течений в пористой среде авторы

Метод дискретизации расчетной области

Рассматриваемый вариант конечно-элементного метода контрольного объёма [65] требует разбиения расчетной области на множество трехузловых непересекающихся треугольных подобластей, называемых конечными элементами (Рис. 2.1). особенности: 1. Сложные области могут быть более эффективно разбиты на треугольные элементы. 2. Не требуют при вычислении интегралов использования изопараметрических преобразований, в отличие от четырехугольных элементов.

Формирование контрольных объемов около узлов i-J—k, находящихся в вершинах конечных элементов происходит следующим образом: 1) В конечном элементе определяется положение центра масс, который имеет следующие координаты где (xt, уі), (xj, yf), (xk, yk) - координаты вершин элемента в глобальной системе координат (х, у). Затем центр масс элемента, который соответствует точке 2 на Рис. 2.2а, соединяется с серединами всех сторон точками 1, 3, 4. Часть области, ограниченная ломаной і—1—2—3-і, является вкладом УЦ элемента i—j-k в контрольный объём /-го узла от 7-го элемента, часть области j—4—2—l—j является вкладом V:\ в у — го узла от 1-го элемента и часть к-4-2—3-к есть вклад Vu элемента в контрольный объем к — го узла от 7-го элемента. 2) Объединяем вклады от каждого элемента, который содержит данный узел, в одну область, которая будет называться контрольным объемом для данного узла. Контрольный объем V-, для узла і показан на Рис. 2.26. Многоугольные контрольные объёмы, аналогичные представленному на Рис. 2.26 обладают следующими полезными свойствами: они не перекрываются, полностью заполняя расчетную область; их границы не включают межэлементных границ, что позволяет использовать разные свойства (материалы) на элементах; -31 -они могут быть построены на сетке, включающей тупоугольные треугольники.

В декартовой системе координаты объемы вкладов конечного элемента в соответствующий контрольный объем следующие (Рис. 2.3) где А - площадь треугольника i-j-k. Размер расчетной области для двухмерного случая в направлении оси z составляет Az= 1м. Rgi Rgk R где Rg;- радиус центра масс і-1-2-3, R, - радиус узла /, R - радиус центра масс j-4-2-1, Ry - радиус узла , R - радиус центра масс к-3-2-4, Rk - радиус узла к, Аср = 1 радиан - угловой размер расчетной области. -На элементе i-j-k могут применяться следующие два вида интерполяции: линейная и ступенчатая. 1. Линейная интерполяция (Рис. 2.4) треугольного линейного элемента функции формы имеют следующий вид, представленный в работе [26]. 2. Ступенчатая интерполяция (Рис. 2.5) Если на элементе используется ступенчатая интерполяция, то считается, что значение функции Ф постоянно по всему контрольному объему для данного узла и равно среднеинтегральному значению функции в узле. В этом случае на элементе функция Ф определяется выражением -Разработанный метод может применяться при наличии анизотропии свойств пласта. Рассмотрим конечный элемент, главные оси проницаемости (х ,У) и теплопроводности (х", ") которого развернуты относительно глобальных осей координат (х,у) на углы х и # и сохраняют свое направление в любой точке элемента. Для удобства будем использовать локальные системы координат [X ,Y ), (X",Y") оси которых сонаправлены с главными осями проницаемости и теплопроводности элемента, а начало координат перенесено из центра масс элемента в начало глобальной системы координат (Рис. 2.6).

Вывод дискретного аналога уравнения неразрывности нефтяной фазы

Рассматриваемый вариант конечно-элементного метода контрольного объёма [65] требует разбиения расчетной области на множество трехузловых непересекающихся треугольных подобластей, называемых конечными элементами (Рис. 2.1). особенности: 1. Сложные области могут быть более эффективно разбиты на треугольные элементы. 2. Не требуют при вычислении интегралов использования изопараметрических преобразований, в отличие от четырехугольных элементов. Формирование контрольных объемов около узлов i-J—k, находящихся в вершинах конечных элементов происходит следующим образом: 1) В конечном элементе определяется положение центра масс, который имеет следующие координаты где (xt, уі), (xj, yf), (xk, yk) - координаты вершин элемента в глобальной системе координат (х, у). Затем центр масс элемента, который соответствует точке 2 на Рис. 2.2а, соединяется с серединами всех сторон точками 1, 3, 4. Часть области, ограниченная ломаной і—1—2—3-і, является вкладом УЦ элемента i—j-k в контрольный объём /-го узла от 7-го элемента, часть области j—4—2—l—j является вкладом V:\ в у — го узла от 1-го элемента и часть к-4-2—3-к есть вклад Vu элемента в контрольный объем к — го узла от 7-го элемента. 2) Объединяем вклады от каждого элемента, который содержит данный узел, в одну область, которая будет называться контрольным объемом для данного узла. Контрольный объем V-, для узла і показан на Рис. 2.26. Многоугольные контрольные объёмы, аналогичные представленному на Рис. 2.26 обладают следующими полезными свойствами: они не перекрываются, полностью заполняя расчетную область; их границы не включают межэлементных границ, что позволяет использовать разные свойства (материалы) на элементах; -31 -они могут быть построены на сетке, включающей тупоугольные треугольники.

В декартовой системе координаты объемы вкладов конечного элемента в соответствующий контрольный объем следующие (Рис. 2.3) где А - площадь треугольника i-j-k. Размер расчетной области для двухмерного случая в направлении оси z составляет Az= 1м. Rgi Rgk R где Rg;- радиус центра масс і-1-2-3, R, - радиус узла /, R - радиус центра масс j-4-2-1, Ry - радиус узла , R - радиус центра масс к-3-2-4, Rk - радиус узла к, Аср = 1 радиан - угловой размер расчетной области. -На элементе i-j-k могут применяться следующие два вида интерполяции: линейная и ступенчатая. 1. Линейная интерполяция (Рис. 2.4) треугольного линейного элемента функции формы имеют следующий вид, представленный в работе [26]. 2. Ступенчатая интерполяция (Рис. 2.5) Если на элементе используется ступенчатая интерполяция, то считается, что значение функции Ф постоянно по всему контрольному объему для данного узла и равно среднеинтегральному значению функции в узле. В этом случае на элементе функция Ф определяется выражением -Разработанный метод может применяться при наличии анизотропии свойств пласта. Рассмотрим конечный элемент, главные оси проницаемости (х ,У) и теплопроводности (х", ") которого развернуты относительно глобальных осей координат (х,у) на углы х и # и сохраняют свое направление в любой точке элемента. Для удобства будем использовать локальные системы координат [X ,Y ), (X",Y") оси которых сонаправлены с главными осями проницаемости и теплопроводности элемента, а начало координат перенесено из центра масс элемента в начало глобальной системы координат (Рис. 2.6). kx, Трудности метода равного порядка интерполяции связаны с тем, что если даже на равномерной сетке давление определяется с использованием линейной функции формы, то только разность давлений между чередующимися (каждым вторым) узлами включается в полную систему уравнений. Следовательно, разностные уравнения не могут обнаружить разницу между равномерным и шахматообразным полями давлений. В конечно-разностных формулировках МКО для решения уравнений Навье-Стокса предотвращение шахматного поля давлений осуществляется за счет использования смещенных сеток [44]. В конечно-элементных методах шахматное поле давления исключается посредством: применением разных сеток конечных элементов для определения скорости и давления [99] (Рис. 2.7); получения давления с использованием уравнения

Пуассона, как это сделано Шнейдером и др. [126]; использования некоторых специальных методик для фильтрации нереальных колебаний давления [123]; использования формулировок через штрафные функции [92]. В данной работе рассматривается модификация метода равного порядка интерполяции скорости и давления [118], позволяющего избежать шахматообразного поля давления для задач фильтрации. Основная идея метода заключается в том, что массовый расход, рассчитанный по скоростям w, определяемым в узлах, заменяется расходом, рассчитанным по скоростям w, ассоциированным с / —ым конечным элементом. Эта идея схожа с подходом использования смещенных сеток. Поле скорости w в локальной системе координат определяется на каждом элементе и имеет разрывы в его узлах (Рис. 2.8) где ех,,ег,- единичные орты системы координат yX ,Yj связанной с главными осями проницаемости на элементе. Компоненты поля скорости w на элементе / определяются следующим образом элементе i-j-k (1.20). Значения коэффициентов D" и DJ определяются в соответствии с (1.21). 2.4 вывод дискретного аналога для уравнения неразрывности и движения Перепишем уравнение неразрывности (1.11) в виде Применим локальный закон сохранения массы к каждому контрольному объему. Тогда для расчетной области, состоящей из М контрольных объемов, получается следующая система уравнений dt В то же время расчетная область Q состоит из N конечных элементов. Таким образом, можно записать следующее выражение для уравнения неразрывности где J 7 - вклад от / - элемента в контрольный объём / - го узла, Р\, - вклад от / -элемента в контрольный объём j - го узла, Vkl - вклад от / - элемента в контрольный объём к - го узла. Рассмотрим интеграл по вкладу V., в (1.22) Выражение (1-23) включает нестационарный ф др_ dt и дивергентныйdiv(p\v) члены. Суммируя их, получим дискретный аналог уравнения. Используя теорему Остроградского - Гаусса, получим

Гибридный МКЭКО с равным порядком интерполяции скорости и давления

В предложенном трехмерном гибридном МКЭКО, также как и в двумерном МКЭКО, используется метод равного порядка интерполяции скорости и давления, который заключается в том, что массовый расход, рассчитанный по скоростям w, определяемым в узлах, заменяется расходом, рассчитанным по скоростям w, определяемых на границах контрольного объёма w = we х, + veY, + wez, где ex,,eY,,ez- единичные орты системы координат \X\Y yZ\ связанной с главными осями проницаемости на элементе. Компоненты й и v поля скорости w определяются на элементе / аналогично двумерному случаю, разобранному в главе 2. дР где и - постоянные значения градиентов давления на 1-ом конечном Рассмотрим построение дискретного аналога уравнения неразрывности. Перепишем уравнение неразрывности (3.17) в виде Применим локальный закон сохранения массы к каждому контрольному объему. Тогда для расчетной области, состоящей из М контрольных объемов, получается следующая система уравнений вкладов от конечных элементов, находящихся в плоскости сечения и содержащих данный узел где Vn - вклад от / - го элемента в контрольный объём / - го узла, L - число конечных элементов, содержащих узел /. Применив теорему

Остроградского - Гаусса, перейдём от объёмного интеграла к поверхностному. При вычислении интеграла по поверхности Su (Рис. 4.4), разобьем его на три интеграла соответственно по боковым Su, лицевой »%/ и тыльной S3i поверхностям вклада от конечного элемента в контрольный объем /-го узла J(F,n)dS = J(F,n)dS + J(,n)dS + J(F,n)dS Slt Su S2/ s}/ При вычислении интегралов по лицевой и тыльной поверхностям дР применялась конечно - разностная аппроксимация производной [18], в результате чего 8Z 7—7 Р PD 1= /(F,n)dS = в./„; zz 1М dS. V/ dS, ffruyB = -uf.St ZPU ZP /=1 s}, [P&lu где при вычислении интегралов / pd0\- - dS, \ р" Su \ eff)d S3l zz UVJ dS плотности Pg,p" определяются в точках и и d с помощью линейной аппроксимации, а подвижности V їм vzz Jh )u при помощи гармонической аппроксимации, как показано в [44]. Тогда коэффициенты дискретного аналога определяются следующим образом lPD элементов, находящихся в плоскости сечения и содержащих данный узел где Vn - вклад от / - го элемента в контрольный объём / - го узла, L - число конечных элементов, содержащих узел /. Применив теорему Остроградского - Гаусса, перейдём от объёмного интеграла к поверхностному. При вычислении интеграла по поверхности Su (Рис. 4.4), разобьем его на три интеграла соответственно по боковым Su, лицевой »%/ и тыльной S3i поверхностям вклада от конечного элемента в контрольный объем /-го узла J(F,n)dS = J(F,n)dS + J(,n)dS + J(F,n)dS Slt Su S2/ s}/ При вычислении интегралов по лицевой и тыльной поверхностям дР применялась конечно - разностная аппроксимация производной [18], в результате чего 8Z 7—7 Р PD 1= /(F,n)dS = в./„; zz 1М dS. V/ dS, ffruyB = -uf.St ZPU ZP /=1 s}, [P&lu где при вычислении интегралов / pd0\- - dS, \ р" Su \ eff)d S3l zz UVJ dS плотности Pg,p" определяются в точках и и d с помощью линейной аппроксимации, а подвижности V їм vzz Jh )u при помощи гармонической аппроксимации, как показано в [44].

Тогда коэффициенты дискретного аналога определяются следующим образом lPD Для конвективно — диффузионного уравнения + div(pyt&) — af/v(rgrad ) Дискретный аналог для контрольного объёма вокруг узла Р получается аналогично уравнению неразрывности и будет иметь следующий вид 113 Az(KP - F) + АРФР - АриФри - АроФРО = О Рассмотрим Для конвективно — диффузионного уравнения + div(pyt&) — af/v(rgrad ) Дискретный аналог для контрольного объёма вокруг узла Р получается аналогично уравнению неразрывности и будет иметь следующий вид 113 Az(KP - F) + АРФР - АриФри - АроФРО = О Рассмотрим особенности дискретизации конвективно-диффузионного уравнения на примере уравнения энергии (3.19) при Ф=Г. По оси Z конвективный член уравнения энергии определяется следующим образом J(FT,n2)dS TiJ(F,n2)dS, J(FT,n,)dS TuJ(F,n3)dS. Для определения значения температур в точках и и d используется противопоточная аппроксимация rp,(F,n2) 0 TPU,(F,n2) 0 Td=\ rp,(F,n3) 0 r№,(F,n3) 0 Диффузионный член уравнения энергии вычисляется следующим образом J (-Agrad7 2)fi = f(—Agrad T,n2)dS = P PD = S2I r, T-±fM.dS, JPU Z...-Z.T, где {\zz)ddS , \{\zz)udS определяются с помощью гармонической аппроксимации, как показано в [44]. Введем следующий оператор [А,ВJ, аналогичный оператору тах(А,В)в алгоритмическом языке Fortran. Тогда коэффициенты дискретного аналога можно записать следующим образом

Похожие диссертации на Конечно-элементный метод контрольного объема для исследования процессов неизотермической фильтрации в областях со сложной геометрией