Численное исследование конвективного растворения флюида CO2 в воде при его захоронении в подземном пористом образовании
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.19, 2026 года.
Бесплатный доступ
Исследование направлено на решение важной экологической проблемы, связанной с вредным воздействием парниковых газов на температуру и климат Земли и необходимостью уменьшения антропогенных выбросов углекислого газа в атмосферу. Рассматривается односторонняя концентрационная конвекция внутри пористого образования, развивающаяся при растворении сверхкритического флюида CO2 в воде, в технологии захоронения диоксида углерода в подземных водонасыщенных пластах. Гидродинамическая модель включает уравнения неразрывности, движения (на основе закона Дарси), конвекции--диффузии и нелинейное уравнение состояния, связывающее плотность жидкой среды с концентрацией CO2; жидкая среда описывается как однофазная двухкомпонентная, с переменной вязкостью. На основе имеющихся в литературе данных определены физические свойства системы CO2 + H2O в диапазонах температуры T=307.7 - 342.8 К и давления P=8.07 - 31.42 МПа и проведено численное моделирование гидродинамических процессов в ней с помощью созданного конечно-разностного вычислительного кода. В частности, изучено, как меняются характеристики конвективного растворения в зависимости от температуры и давления. Получено, что при увеличении последних конвективное растворение флюида CO2 в воде происходит интенсивнее. Так, время, в течение которого половина CO2 растворяется в воде и отводится вглубь конвективным течением, сокращается почти вдвое. Таким образом, более высокие температура и давление способствуют повышению надежности захоронения диоксида углерода в подземных водонасыщенных пластах.
Короткий адрес: https://sciup.org/143186125
IDS: 143186125 | УДК: 532.546:519.63 | DOI: 10.7242/1999-6691/2026.19.2.14
Numerical investigation of convective dissolution of fluid CO2 in water during its storage in an underground porous formation
The study addresses an important environmental problem related to harmful effects of greenhouse gases on Earth's temperature and climate and the need to reduce anthropogenic carbon dioxide emissions into the atmosphere. One-sided density-driven convection developed inside a porous formation during dissolution of supercritical CO2 fluid in water is investigated in reference to the technologies of carbon dioxide storage in underground water-saturated formations. The hydrodynamic model includes equations of continuity, motion (based on the Darcy's law), convection-diffusion and a non-linear equation of state that relates the density of fluid medium with the concentration of CO2. A fluid is described as a single-phase two-component medium with variable viscosity. Based on the data available in the literature, the physical properties of the CO2 + H2O system were determined in the ranges of temperature T=307.7 - 342.8 К and pressure P=8.07 - 31.42 MPa. Numerical simulation of hydrodynamic processes in this system was carried with the aid of the developed finite-difference numerical code. In particular, the code was employed to study how the characteristics of convective dissolution depend on the temperature and the pressure. It has been found that with increase of these parameters the convective dissolution of CO2 fluid in water is more intensive. For example, the time during which half of CO2 dissolves in water and is transported down by a convective flow is reduced almost twice. Thus, an increase in temperature and pressure ensures more reliable storage of carbon dioxide in underground water-saturated formations.
