پایان نامه > کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود > مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک > مقطع دکتری > سال 1397
پدیدآورندگان:
سهیل مهاجرانی [پدیدآور اصلی]، سیدمحمد اسماعیل جلالی[استاد راهنما]، سید رحمان ترابی[استاد راهنما]، سید فرخ فروهنده[استاد مشاور]
چکیده: تخلخل مؤثر و ناپیوستگی‌های به‌هم متصل به‌عنوان مسیر‌های اصلی جریان سیال در توده‌سنگ‌ شناخته می‌شوند. بر اساس این‌ واقعیت که نفوذپذیری متن توده‌سنگ در برابر شکستگی‌ها قابل چشم‌پوشی است، تاکنون روش‌های مدل‌سازی مختلفی توسعه‌یافته‌اند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به شبکه‌ی شکستگی‌های مجزا اشاره نمود. این شبکه بر مبنای توابع توزیع آماری تولید می‌شود و می‌تواند شبیه‌سازی واقعی‌تری را ارایه نماید. مدل‌سازی سه‌بعدی حتی می‌تواند این شبیه‌سازی‌ها را دقیق‌تر کند. در شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی شبکه‌های شکستگی مجزا، هر شکستگی به‌صورت یک جفت صفحه‌ی موازی با یک موقعیت فضایی - آماری مشخص مدل‌سازی می‌شود. از آن‌جا که روابط تحلیلی کلاسیک برای محاسبه‌ی جریان سیال، به‌صورت تک‌بعدی توسعه‌ یافته‌اند و برای شبیه‌سازی سه‌بعدی شبکه‌های شکستگی این روابط باید به حالت صفحه‌ای تعمیم یابند، استفاده از روش‌های مجزا‌سازی عددی الزامی است. این روش‌ها محدوده‌های دو بعدی را به اجزا‌ی خطی تبدیل کرده و دستگاهی از معادلات جدید را بازسازی می‌کنند. یکی از این روش‌ها که به دلیل مزیت‌های گسترده، از نیم قرن گذشته تاکنون همواره مورد توجه بوده است، روش اجزای محدود است. پیش‌نیاز استفاده از این روش یک مش‌بندی کارآمد است که به‌‌طور مناسبی برای محیط‌های ناپیوسته سازگار شده باشد. حاصل مدل‌سازی ماتریس بزرگ و تنکی به‌نام ماتریس نفوذ‌پذیری، بردار جریان و بردار گرادیان هد هیدرولیکی (ارتفاع ستون سیال) است که دستگاهی از معادلات را تشکیل می دهند که شرایط خاصی دارد. روش‌های حل عددی ویژه‌ای برای تعیین پاسخ مدل برای دستگاه‌هایی با شرایط فوق ضروری است. روش‌های حل دستگاه‌های معادلات با ماتریس‌های ضرایب بزرگ و تنک بسیار متنوع هستند که در دو دسته‌ی کلی روش‌های مستقیم و تکراری طبقه‌بندی می‌شوند. روش‌های مستقیم ساده‌اند اما برای تمامی انواع ماتریس‌ها به‌اندازه‌ی کافی کارآمد نیستند. از مهم‌ترین روش‌های تکراری می‌توان به روش‌های زیرفضای کریلف اشاره نمود. هرچند، این روش‌ها برای استفاده در کد‌های کامپیوتری سازگاری خوبی دارند و درنتیجه پس از تعداد مشخصی از تکرارها، هرکدام برای نوع خاصی از مسایل به پاسخ همگرا می‌شوند، تاکنون در مهندسی سنگ کمتر مورد توجه قرارگرفته‌اند. از طرفی، مدل‌های ساختاری شکستگی، روابط تجربی را معرفی می‌کنند که به‌کمک تعداد زیادی از آزمایش‌های آزمایشگاهی یا میدانی تعیین شده‌اند. این مدل‌ها می‌توانند با دقت قابل قبولی میزان بازشدگی شکستگی‌ها در معرض تنش را پیش‌بینی نمایند که نتیجه‌ی آن محاسبه‌ی سریع و خلاقانه‌ای از یک فرآیند هیدرومکانیکی است. هدف از این تحقیق، توسعه‌ی روش‌های پایه در بخش‌های تولید هندسه‌ی محیط سنگی شکسته، مش‌بندی محدوده برای کاربرد روش المان محدود، تلفیق فرمولاسیون المان محدود با مدل‌های ساختاری شکستگی و سپس حل تکراری دستگاه معادلات مدل است که امکان محاسبه‌ی میدان جریان سیال در معرض تنش در سنگ‌های شکسته را در سریع‌ترین زمان و با کم‌ترین الزامات سخت‌افزاری فراهم نموده است. چارچوب هندسی محیط سنگی درزه‌دار با استفاده از شبکه‌ی شکستگی‌های مجزای سه‌بعدی تولید شده و برای نزدیک‌تر نمودن شرایط مساله به حالت واقعی، اثر تغییرات تنش برجا بر جریان سیال همراه با یک فرآیند غیرمستقیم هیدرومکانیکی با استفاده از مدل‌های ساختاری شکستگی در نظر گرفته شده است. ابزار مورد استفاده برای پیاده‌سازی فرمولاسیون مدل، یک برنامه‌ی کامپیوتری است که توسط نویسندگان توسعه داده شده است. این مدل بهینه، شبیه‌سازی مسایل پیچیده‌ را در حداقل زمان ممکن و کمترین هزینه‌ی محاسباتی امکان‌پذیر می‌سازد. با اعتبارسنجی بخش‌های اصلی مدل به‌کمک روش‌های مختلف تحلیلی و عددی، صحت نتایج آن تأیید شده و سپس تحلیل‌های حساسیتی برای تعیین اثر پارامترهای کلیدی شامل اثر میدان تنش‌های برجا بر جریان سیال در سنگ‌های شکسته، تعداد تکرارهای مورد نیاز برای همگرایی و تعیین بهترین روش‌های محاسبه‌ی پاسخ با محوریت دو پارامتر دقت محاسبات و زمان پردازش، انجام شده است.
کلید واژه ها (نمایه ها):
#شبکه‌ی شکستگی‌های مجزای سه‌بعدی #روش مش‌بندی #روش المان محدود #مدل‌های ساختاری شکستگی #روش‌های زیرفضای کریلف #FlowSHUT3D
محل نگهداری: کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود
یادداشت: حقوق مادی و معنوی متعلق به دانشگاه صنعتی شاهرود می باشد.
تعداد بازدید کننده:
پایان نامه های مرتبط (بر اساس کلیدواژه ها)