Основные фильтрационные свойства пористой среды, образованной сообщающимися осесимметричными каналами

Abstract

The prevalence of a highly porous permeable cellular materials (HPPCM) in a variety of industries makes it relevant to study their properties. Filtration properties of such media can be determined by hydrodynamic simulation. The model of a porous medium formed by communicating axissymmetrical channels of variable section is considered in the paper. The model allows setting the porosity throughout the value range. The permeability of the considered medium is determined analytically and numerically. Analytical estimation is obtained based on the assumption concerning quasi one-dimensional flow. Computer simulations are carried out by using a set of open source programs, such as SALOME-OpenFOAM-Paraview. Based on the direct hydrodynamic flow simulation in the volume of one channel the volumetric flow rate of fluid through the cross section is found, and numerical estimate of permeability is obtained taking into account the Darcy’s equation. The good quantitative agreement between the numerical and analytical estimates of permeability is obtained.

Широкая распространенность высокопористых проницаемых ячеистых материалов (ВПЯМ) в различных отраслях промышленности делает актуальным изучение их свойств. Фильтрационные свойства подобных сред можно определять с помощью гидродинамического моделирования. В работе рассмотрена модель пористой среды, образованной сообщающимися осесимметричными каналами переменного сечения, позволяющая задавать пористость во всем диапазоне значений. Проницаемость рассмотренных сред определена аналитически и численно. Аналитическая оценка получена на основе допущения о квазиодномерности течения, компьютерное моделирование проведено с помощью набора пакетов с открытым программным кодом: SALOME-OpenFOAM-Paraview. По результатам прямого гидродинамического моделирования течения в объеме одного канала найден объемный расход флюида через поперечное сечение, откуда, с учетом уравнения Дарси, получена численная оценка проницаемости и хорошее количественное соответствие между обеими оценками.