Моделирование установившейся фильтрации жидкости в кусочно-неоднородной упругопористой области в классе почти-периодических функций (плоская задача)

Бесплатный доступ

При моделировании фильтрации жидкости в пористой среде принято считать коэффициент фильтрации постоянным, в результате чего решение упрощается и сводится к краевой задаче для уравнения Лапласа. В настоящей работе строятся с помощью обобщенного дискретного преобразования Фурье почти-периодические по Бору аналитические решения плоской задачи установившейся фильтрации жидкости в упругопористой кусочно-неоднородной области. Область представляет собой полосу, состоящую нескольких слоев (полос) с различными упругими и фильтрационными характеристиками. В предположении, что коэффициент фильтрации упругопористой среды зависит от первого инварианта тензора напряжений, считаем его линейно-зависимым от координаты, изменяющейся вдоль ширины полосы. Задача фильтрации сводится к решению системы дифференциальных уравнений в частных производных с заданными граничными условиями на верхней и нижней границах всей многослойной полосы и условиями на внутренних линиях раздела сред, которая, в свою очередь, сводится к решению задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений Бесселя. Все решения в данной работе получены в виде абсолютно сходящихся рядов Бора - Фурье, коэффициенты которых выражаются через заданные функции. Смоделирована фильтрация жидкости в трехслойной полосе, состоящей из слоев различных легких и достаточно упругопористых осадочных и магматических горных пород. Построены графики искомых механических параметров. Показана их сходимость к граничным условиям и условиям на линиях раздела сред. В работе также приведены основные сведения, касающиеся свойств почти-периодических функций и обобщенного дискретного преобразования Фурье, необходимые для более детального понимания проблемы.

Еще

Моделирование, фильтрация жидкости, упругопористая среда, кусочно-неоднородная область, обобщенное дискретное преобразование фурье, почти-периодическая функция, коэффициент фильтрации

Короткий адрес: https://sciup.org/146282665

IDR: 146282665   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2023.2.05

Список литературы Моделирование установившейся фильтрации жидкости в кусочно-неоднородной упругопористой области в классе почти-периодических функций (плоская задача)

  • Голубев Г.В., Тумашев Г.Г. Фильтрация несжимаемой жидкости в неоднородной пористой среде. - Казань: издательство Казанского университета, 1972. - 195 с.
  • Bashurov V.V., Vaganova N.A., Filimonov M.Y. Numerical simulation of thermal conductivity processes with fluid filtration in soil // Computational technologies. - 2011. - Vol. 16, no. 4. - P. 3-18.
  • Ravshanov N., Kurbonov N., Mukhamadiev A. An Approximate Analytical Solution of the Problem of Fluid Filtration in the Multilayer Porous Medium // International Journal of Computational Methods. - 2016. - Vol. 13, no. 6. - P. 1-10. DOI: 10.1142/S0219876216500420
  • Badriev I.B., Banderov V.V., Signatullin M.Y. Numerical investigation of nonlinear filtration problems of high-viscosity fluids in porous media // Applied Mechanics and Materials. -2015. - Vol. 740. - P. 672-675.
  • Mikishanina E. The Study of Fluid Filtration through Elastic-Porous Materials // Materials Science and Engineering. -2020. - Vol. 753. - P. 022025. DOI: 10.1088/1757-899X/753/2/022025
  • Леонтьев Н.В. Основы теории фильтрации. - М.: МАКС Пресс, 2017. - 88 с.
  • Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. - М.: Гостоптехиздат, 1960. - 252 с.
  • Polubarinova-Kochina P. Ya. Theory of Filtration of Liquids in Porous Media // Advances in Applied Mechanics. - 1951. -Vol. 2. - P. 153-225. DOI: 10.1016/S0065-2156(08)70301-6
  • Binshan Ju, Yushu Wu, Tailiang Fan. Study on fluid flow in nonlinear elastic porous media: Experimental and modeling approaches // Journal of Petroleum Science and Engineering. -2011. - Vol. 76, no. 3-4. - P. 205-211. DOI: 10.1016/j.petrol.2011.01.010
  • Showalter R.E. Poroelastic filtration coupled to Stokes flow // Control theory of partial differential equations. - Chapman and Hall/CRC. - 2005. - P. 243-256.
  • Метан угольных пластов: чистая энергия для всего мира / Д. Боскович [и др.] // Нефтегазовое обозрение. - 2009. -Т. 21, № 2. - С. 4-17.
  • Terntiev A.G. Deep water technology: problem and solution // World Maritime Technology Conf. - Saint-Petersburg, 2012. - P. 1-7.
  • Микишанина Е.А. Исследование коэффициента фильтрации упругопористой среды при плоской деформации // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2019. - Т. 29, № 3. - С. 396-407. DOI: 10.20537/vm190309
  • Цытович Н.А. Механика грунтов. - М.: Высшая школа, 1979. - 272 с.
  • Chernyshev S.N., Zommer T.V., Lavrusevich A.A. Calculation methodology for defining the filtration coefficient of a rock mass with loose crack filler // Power Technology and Engineering. - 2017. - Vol. 51. - P. 414-417. DOI: 10.1007/s10749-017-0848-2
  • Левитан Б.М. Почти-периодические функции. - М.: ГИТТЛ, 1953. - 396 с.
  • Осипов В.Ф. Почти-периодические функции Бора-Френеля. - СПб.: Издательство Санкт-Петербургского государственного университета, 1952. - 308 с.
  • Кулагина М.Ф. О некоторых бесконечных системах с разностными индексами // Изв. вузов. Математика. - 1992. -№ 3. - С. 18-23.
  • Кулагина М.Ф. Об интегральных уравнениях в средних значениях в пространствах почти-периодических функций // Изв. вузов. Математика. - 1993. - № 8. - С. 19-29.
  • Кулагина М.Ф., Микишанина Е.А. Построение почти-периодических решений некоторых систем дифференциальных уравнений // Математические заметки СВФУ. - 2015. -Т. 5, № 3. - С. 11-19.
  • Микишанина Е.А. Построение почти-периодических решений некоторых систем диффеенциальных уравнений в задачх теории фильтрации // Information Technologies for Intel-legent Decision Making Support (ITIDS'2016). - УФА, 2016. - C. 138-141.
  • Терентьев А.Г., Казакова А.О, Микишанина Е.А. Численное решение полигармонических уравнений в механике сплошных сред // Information Technologies for Intellegent Decision Making Support (ITIDS'2018). - УФА, 2018. - C. 34-42.
  • Казакова А.О., Терентьев А.Г. Численное решение краевых задач для полигармонического уравнения // Журнал вычислительной математики и математической физики. -2012. - Т. 52, № 11. - С. 2050-2059.
  • Garcia A.L. Numerical methods for physics. - Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2000. - 423 p.
  • Stakgold I. Boundary Value Problems of Mathematical Physics. - Vol. 1. Society for Industrial and Applied Mathematics. -2000. DOI: 10.10631/1.30340864
  • Polozhii G.N. The method of summary representation for numerical solution of problems of mathematical physics. - Elsevier, 1965(2014). DOI: 10.2307/2003491
  • Микишанина Е.А. Краевые задачи для неоднородных систем полигармонических уравнений с приложениями в теории тонких оболочек и пластин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2019. - № 4. - С. 136-144. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.4.13
  • Снеддон И.Н. Преобразование Фурье / под. ред. Ю.Л. Рабиновича. - М.: Издательство иностранной литературы, 1955. - 667 с.
  • Партон В.З., Перлин П.И. Методы математической теории упругости. - М.: Наука, 1981. - 688 с.
  • Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. - М.: Наука, 1977. - 632 с.
  • Уфлянд Я.С. Интегральные преобразования в задачах теории упругости. - Л.: Наука, 1968. - 402 с.
  • Debnath L., Bhatta D. Integral transforms and their applications. - Chapman and Hall/CRC, 2006. 728 p. DOI: 10.1201/9781420010916
  • Zhdanov M.S. Integral transforms in geophysics. -Springer Science & Business Media, 2012. - 367 p.
  • Баденко В.Л., Баденко Г.В. Специальные разделы высшей математики. Математическая физика: учеб. пособие. -СПб., 2014. - 55 с.
  • Olver F.W.J., Maximon L.C. Bessel functions // NIST Handbook of Mathematical Functions, Cambridge University Press, Cambridge. - 2010. - P. 215-286 (Chapter 10).
  • Микишанина Е.А., Терентьев А.Г. Об определении напряженного состояния упруго-пористой среды // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. - 2017. - Т. 159, кн. 2. -С. 204-215.
Еще
Статья научная