Возникновение и нелинейные режимы конвекции бинарных смесей в многослойных системах, имитирующих синклинальные геологические складки
Автор: Иван Сергеевич Шубенков, Татьяна Петровна Любимова
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.19, 2026 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена изучению трехмёрных режимов конвекции бинарных смесей в системах пористых слоёв, имеющих изгиб, имитирующий синклинальные геологические складки, находящиеся под действием геотермального градиента температуры. Пористости слоёв считаются одинаковыми, а проницаемости различными. В качестве жидкости, насыщающей пористую среду, рассматривается смесь тетралина и додекана, взятых в равных долях. Компоненты смеси являются представителями групп углеводородов, встречающихся в нефтяных месторождениях. Сначала оценивается линейная устойчивость механического равновесия бинарной смеси в наклонном пористом слое, насыщенном жидкостью, в поле силы тяжести под действием строго вертикального градиента температуры. Найденный порог конвекции сравнивается с результатом, полученным для нелинейно устойчивой системы. В трёхмерных нелинейных расчётах трёхслойной системы проницаемости всех слоёв варьируются, при этом проницаемости внешних слоёв одинаковы и всегда меньше проницаемости внутреннего слоя. Установлено, что при проницаемости внутреннего слоя, значительно превышающей проницаемости внешних слоёв, течение присутствует во всех слоях, но в большей степени локализуется во внутреннем слое. При достаточно близких проницаемостях внешних слоёв и внутреннего слоя, течение локализуется около внешних границ складки даже в том случае, когда внутренний слой более проницаемый, чем внешние. С ростом надкритичности в первоначально плоскопараллельном течении (в пределах каждого крыла складки) образуются продольные валы, и течение становится спиральным. Дальнейшее наращивание надкритичности приводит к преобладанию в течении составляющей продольных валов и к увеличению по длине крыла складки количества продольных валов (к росту их волнового числа).
Тепловая конвекция, бинарная смесь, пористая среда, многослойная система, наклонный слой, вертикальный градиент температуры, математическое моделирование, ANSYS Fluent
Короткий адрес: https://sciup.org/143185722
IDR: 143185722 | УДК: 532.5 | DOI: 10.7242/1999-6691/2026.19.1.3
The onset and evolution of nonlinear convective regimes of binary mixtures in multilayer systems simulating synclinal geological folds
This paper studies three-dimensional convective regimes of a binary mixture in a system of three porous bent layers, simulating a synclinal geological fold under the influence of a geothermal temperature gradient. The layers are assumed to have identical porosities and different permeabilities. A mixture of tetralin and dodecane taken in equal proportions is considered as the fluid saturating the porous medium. The components of the mixture represent the groups of hydrocarbons found in oil fields. The numerical study is performed to evaluate the linear stability of the mechanical equilibrium of a binary mixture in the inclined porous layer saturated with liquid in a gravity field under the influence of a strictly vertical temperature gradient. The convection threshold found is compared with the threshold obtained for the system with non-linear stability. In three-dimensional nonlinear calculations for a three-layer mixture, the permeabilities of all three layers are varied. Here it is assumed that the permeabilities of the outer layers are identical and always lower than the permeability of the inner layer. It was found that when the permeability of the inner layer is much higher than the permeabilities of the outer layers, the flow is localized in the inner layer. When the permeabilities of the outer and inner layers are sufficiently close, the flow is localized near the outer boundaries of the fold, even if the inner layer is more permeable than the outer layers. As the supercriticality increases, the formation of longitudinal rolls is observed in the initially plane-parallel flow (within each fold limb), and the flow becomes spiral. A further increase in supercriticality leads to a predominance of the longitudinal roll component in the flow and an increase in the number of longitudinal rolls along the fold limb (increase in the wave number of longitudinal rolls).
