Abstract

The paper is devoted to a description of the DiMP-Hydro software package being developed at the Keldysh Institute of Applied Mathematics (Russian Academy of Sciences). It is intended to simulate microflows of single- and two-phase viscous compressible fluids with different rheology in spatial voxel domains. Such geometric models are relevant due to the development and widespread use of computer microtomography methods. One of the main areas of the application of this software package is the simulation of microflows within pore spaces of core (rock) samples. The simulation results can be used to determine the macroscopic properties of core samples (for instance, absolute permeability) and features of displacement processes at the micro level, which is one of main tasks of digital rock technology. The used mathematical models, numerical algorithms, and the software package are described. To describe the fluid dynamics, the regularized Navier–Stokes (for single-phase flows) and Navier–Stokes–Cahn–Hillard equations (for two-phase flows) are used. The regularization is based on the quasi-hydrodynamic approach, which is physically justified and makes it possible to use explicit stable numerical algorithms that are relatively simple to implement. The software package is parallel and focused on the use of high-performance computing systems. The results of the use of DiMP-Hydro to simulate microflows of fluid (including two-phase fluid) and gas (including moderately rarefied gas) in the pore space of core samples are presented.

中文翻译：

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Dimp-Hydro解算器，用于岩心样品孔隙内流体微流的直接数值模拟

摘要

本文专门介绍了由Keldysh应用数学研究所（俄罗斯科学院）开发的DiMP-Hydro软件包。它旨在模拟在空间体素域中具有不同流变性的单相和两相粘性可压缩流体的微流。由于计算机显微断层摄影方法的发展和广泛使用，这种几何模型是相关的。该软件包应用的主要领域之一是模拟岩心（岩石）样品孔隙空间内的微流。仿真结果可用于确定岩心样品的宏观特性（例如，绝对渗透率）以及微观层面的位移过程特征，这是数字岩石技术的主要任务之一。使用的数学模型，数值算法，并说明软件包。为了描述流体动力学，使用了正则化的Navier-Stokes（用于单相流）和Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程（用于两相流）。该正则化基于准流体力学方法，该方法在物理上是合理的，并且可以使用相对容易实现的显式稳定数值算法。该软件包是并行的，并且侧重于高性能计算系统的使用。介绍了使用DiMP-Hydro模拟岩心样品孔隙中流体（包括两相流体）和气体（包括中度稀薄气体）的微流的结果。使用正则化的Navier-Stokes（用于单相流）和Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程（用于两相流）。正则化基于准流体力学方法，该方法在物理上是合理的，并且可以使用相对易于实现的显式稳定数值算法。该软件包是并行的，并且侧重于高性能计算系统的使用。介绍了使用DiMP-Hydro模拟岩心样品孔隙中流体（包括两相流体）和气体（包括中度稀薄气体）的微流的结果。使用正则化的Navier-Stokes（用于单相流）和Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程（用于两相流）。正则化基于准流体力学方法，该方法在物理上是合理的，并且可以使用相对易于实现的显式稳定数值算法。该软件包是并行的，并且侧重于高性能计算系统的使用。介绍了使用DiMP-Hydro模拟岩心样品孔隙中流体（包括两相流体）和气体（包括中度稀薄气体）的微流的结果。该软件包是并行的，并且侧重于高性能计算系统的使用。介绍了使用DiMP-Hydro模拟岩心样品孔隙中流体（包括两相流体）和气体（包括中度稀薄气体）的微流的结果。该软件包是并行的，并且侧重于高性能计算系统的使用。介绍了使用DiMP-Hydro模拟岩心样品孔隙中流体（包括两相流体）和气体（包括中度稀薄气体）的微流的结果。