Kapillardruck und 2-Phasen-Eigenschaften

Das SatuDict-Modul befasst sich mit der Verteilung von zwei unterschiedlichen Fluidphasen (flüssig oder gasförmig) in porösen Medien. Die Sättigung mit diesen Phasen verändert die Eigenschaften des porösen Mediums, wie Permeabilität, Diffusivität, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Diese Eigenschaften hängen von der Sättigung des Mediums ab und werden als relativ oder effektiv bezeichnet.

Das SatuDict-Modul simuliert die Verteilung von zwei nicht mischbaren Fluidphasen, in denen Kapillarkräfte dominieren. SatuDict kann sättigungsabhängige Materialeigenschaften wie Kapillardruckkurven, relative Permeabilität, relative Diffusivität, relative Wärmeleitfähigkeit, relative elektrische Leitfähigkeit und Widerstandsindex berechnen. Eine zusätzliche Nachbearbeitung der Ergebnisse ermöglicht die Berechnung des Thomeer Modells für die Kapillardruckkurven der Quecksilberintrusion oder die Berechnung des Archie'schen Gesetzes für den Widerstandsindex.

• Simulation des gesamten Hysteresezyklus und der relativen Permeabilität unter gemischt-benetzbaren Bedingungen von Gesteinen.
• Widerstandsindex und m&n-Exponenten einschließlich dünner Wasserfilme von Gesteinen.
• Quecksilberintrusion und -extrusion sowie nicht-aufgelöste Porosität von Gesteinen.
• Kapillardruck und Flüssigkeitsverteilungen bei Körperpflege- und Hygienematerialien.
• Intrusion von Elektrolyten in Batterieelektroden.
• Relative Gasdiffusionsfähigkeit in Gasdiffusionsschichten (GDL) für die Auslegung von Brennstoffzellen.

Das SatuDict-Modul berechnet Zweiphasenströmungen mithilfe eines auf der Porenmorphologiemethode basierenden Algorithmus und ist ein Hybrid aus geometriebasierten Simulationen, d. h. morphologischen Operationen und physikalisch basierten Simulationen.

Das Ergebnis der Porenmorphologie-Methode ist eine Folge von quasi-stationären Zweiphasen-Fluidverteilungen, die zur Berechnung der sättigungsabhängigen Eigenschaften verwendet werden. Die Methode erlaubt es, einzelne oder mehrere Kontaktwinkel an Poren-Festkörper-Grenzflächen zu berücksichtigen. Darüber hinaus kann auch eine gemischte Benetzbarkeit berücksichtigt werden, bei der innerhalb derselben Struktur Kontaktwinkel kleiner und größer als 90° vorhanden sind.

SatuDict bietet eine quasi-stationäre und eine dynamische Methode an. Die dynamische Methode ist in der Lage Fluidverteilungen zwischen zwei quasi-stationären Zuständen zu berechnen. Dadurch kann die Genauigkeit der Fluidverteilungen und des Kapillardrucks erhöht werden.

Die Kapillardruckkurve wird auf der Grundlage der vorhergesagten Fluidverteilungen unter Verwendung der Young-Laplace-Gleichung berechnet. Für jede Fluidverteilung wird die schichtweise Sättigung als Post-Processing berechnet, um Informationen über die Eindringtiefe zu erhalten.

Die Quecksilberintrusion (MICP) und Quecksilberextrusion (MECP) können beide mithilfe der Porenmorphologie-Methode und der Young-Laplace-Gleichung berechnet werden. Die Simulationsergebnisse liefern Informationen über die Größen der Porenhälse, während die Quecksilberextrusion Informationen über die Porenkörper liefern. Zusätzlich wird das verbleibende Quecksilber, das im Porenraum bleibt, ermittelt. Für die Quecksilberintrusion ist es möglich, das Thomeer-Modell anzuwenden, welches eine Vorhersage der nicht-aufgelösten Porosität, des Verschiebungsdrucks und eines Porengeometriefaktors liefert.

Die relative (und effektive) Permeabilität wird mit Hilfe der Fluidverteilungen und der ebenfalls in FlowDict verfügbaren Strömungslöser vorhergesagt. Die relative Permeabilität kann für die eindringende und die verdrängte Fluidphase getrennt vorhergesagt werden.

Ähnlich wie die relative Permeabilität wird auch die relative Gasdiffusivität mit Hilfe der Fluidverteilungen und der in DiffuDict verfügbaren Löser für die Diffusion vorhergesagt. Die relative Diffusivität kann für die eindringende und die verdrängte Fluidphase getrennt vorhergesagt werden.

Die relative Wärmeleitfähigkeit wird mit Hilfe der Fluidverteilungen und der in ConductoDict verfügbaren Löser für thermische Leitfähigkeit vorhergesagt.

Der Widerstandsindex und die relative elektrische Leitfähigkeit werden auf der Grundlage der Fluidverteilungen und der Leitfähigkeitslöser, die ebenfalls in ConductoDict verfügbar sind, vorhergesagt. Darüber hinaus können dünne Wasserfilme, die kleiner als die Voxellänge sind, in der Simulation berücksichtigt werden, wenn gemischte Voxel an den Öl-Festkörper-Grenzflächen eingeführt werden. Als Post-Processing werden die Archie-Parameter, d.h. der Sättigungs- und der Konzentrations-Exponent, auf der Grundlage des Archie-Gesetzes berechnet.