Modelagem matemática e computacional do transporte bifásico de fluidos com gravidade e do transporte e retenção de partículas em meios porosos

dc.contributor.advisorSantos, Adriano dos
dc.contributor.advisor-co1Lima, Sidarta Araújo de
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0836702900277229
dc.contributor.authorRios Filho, Jocenrique Carlo de Oliveira
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3612910274635122
dc.contributor.referees1Klein, Vivianept_BR
dc.contributor.referees2Pires, Adolfo Puimept_BR
dc.contributor.referees3Boy, Grazione de Souza
dc.date.accessioned2025-05-30T21:01:55Z
dc.date.available2025-05-30T21:01:55Z
dc.date.issued2024-03-19
dc.description.abstractIn this work, we develop mathematical and computational models capable of accurately quantifying the phenomena of fluid transport and particle transport and retention in porous media. For fluid transport, we consider the water-oil immiscible two-phase flow with gravitational effects, described by the mass conservation of the phases together with Darcy’s law. In the scenarios studied, the resulting model is a partial differential equation with a non-linear and non-convex flow function. In its general form, the equation is known in the literature as the Buckley-Leverett equation. Furthermore, we consider particle transport and retention based on the theory of multiple retention mechanisms. In the model, we quantify retention phenomena by filtration and adsorption kinetics and adsorption isotherms. Additionally, we obtain simplified models, in one-dimensional form, of the systems of governing equations. We then developed analytical solutions for the onedimensional models using the method of characteristics and the Lax and Oleinik entropy conditions. An important contribution of this work is the development of novel analytical solutions for pure gravitational segregation scenarios. For computational modeling, we apply the high-order finite volume method central-upwind to solve the two-dimensional transport equations. Moreover, we solve the retention kinetics using the 3rd order RungeKutta method. We then propose several numerical simulations in order to compare the analytical solutions developed with the numerical approximations obtained. It is important to highlight that there is no formal proof in the literature of the convergence of the central-upwind method for the physical solution of equations with non-convex flow functions. In this context, the results show that the method is capable of capturing the developed analytical solutions with accuracy and stability. Finally, we use the analytical and numerical solutions to quantify the empirical parameters of the model by adjusting experimental data available in the literature.
dc.description.resumoNeste trabalho, desenvolvemos uma modelagem matemática e computacional capaz de quantificar de forma acurada os fenômenos de transporte de fluidos e de transporte e retenção de partículas em meios porosos. Para o transporte de fluidos, consideramos o fluxo bifásico imiscível água-óleo com efeitos gravitacionais, descrito pela conservação de massa das fases juntamente com a lei de Darcy. Nos cenários estudados, o modelo resultante é uma equação diferencial parcial com função de fluxo não linear e não convexa. Em sua forma geral, a equação é conhecida na literatura como equação de Buckley-Leverett. Por sua vez, consideramos o transporte e retenção de partículas com base na teoria dos múltiplos mecanismos de retenção. No modelo, quantificamos os fenômenos de retenção por cinéticas de filtração e adsorção e isotermas de adsorção. Adicionalmente, obtemos modelos simplificados, na forma unidimensional, dos sistemas de equações governantes. De posse dos modelos unidimensionais, desenvolvemos soluções analíticas utilizando o método das características e as condições de entropia de Lax e de Oleinik. Uma importante contribuição deste trabalho é o desenvolvimento de soluções analíticas inéditas para cenários de segregação gravitacional pura. Para a modelagem computacional, aplicamos o método de volumes finitos de alta ordem central-upwind na resolução das equações do transporte bidimensionais. Por sua vez, resolvemos as cinéticas de retenção utilizando o método de Runge-Kutta de 3ª ordem. Em seguida, propomos diversas simulações numéricas a fim de comparar as soluções analíticas desenvolvidas com as aproximações numéricas obtidas. É importante ressaltar que não existe na literatura uma prova formal da convergência do método central-upwind para a solução física de equações com funções de fluxo não convexas. Neste contexto, os resultados mostram que o método é capaz de capturar com acurácia e estabilidade as soluções analíticas desenvolvidas. Finalmente, utilizamos as soluções analítica e numérica e quantificamos os parâmetros empíricos do modelo a partir do ajuste de dados experimentais disponíveis na literatura.
dc.identifier.citationRIOS FILHO, Jocenrique Carlo de Oliveira. Modelagem matemática e computacional do transporte bifásico de fluidos com gravidade e do transporte e retenção de partículas em meios porosos. Orientador: Dr. Adriano dos Santos. 2024. 115f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63765
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBRpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEOpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectTransporte de fluidos e partículas em meios porosos
dc.subjectRetenção de partículas em meios porosos
dc.subjectSoluções analíticas para segregação gravitacional
dc.subjectMétodo central-upwind para problemas não convexos
dc.subjectProblema inverso e aferição de parâmetros
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
dc.titleModelagem matemática e computacional do transporte bifásico de fluidos com gravidade e do transporte e retenção de partículas em meios porosos
dc.title.alternativeMathematical and computational modeling of two-phase transport of fluids with gravity and transport and retention of particles in porous media
dc.typedoctoralThesispt_BR

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