ذخیره سازی و دفع گاز های گلخانه ای در سفره های آب زیر زمینی به عنوان یک گزینه مهم در جهت کاهش این نوع گازها از فضای اتمسفر مطرح است. پی بردن به مفاهیم و مکانیزم های درگیر در فرایند ذخیره سازی از قبیل فرایند جابجایی طبیعی و اثرات آنها بر زمان بلند مدت ذخیره سازی و تزریق از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. فرایند جابجایی طبیعی به عنوان یکی از مکانیزم های تاثیر گذار در افزایش حلالیت کربن دی اکسید در فرایند ذخیره سازی مطرح می باشد. در این تحقیق تزریق کربن دی اکسید در آبده زیر زمینی مورد مطالعه و شبیه سازی عددی قرار گرفته است. برای دستیابی به دقت مناسب حل عددی، محدودیت های حل عددی با استفاده از آنالیز حساسیت اندازه گره و بازه زمانی توسعه داده شده اند. سپس اثر مقدار ورودی عدد موج در تابع اختلاط ایجاد شده در سطح تماس گاز - مایع و همچنین اثر مرتبه المان محدود به کار گرفته شده در روش عددی المان محدود برروی میزان دقت حل در ناحیه نفوذ و جابجایی آمیخته مورد بررسی قرار گرفته است. زمان شروع جابجایی طبیعی در فرایند تزریق کربن دی اکسید در مخازن آبده زیر زمینی با استفاده از داده های میدانی موجود در تاریخچه مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به بررسی انجام شده مشخص گردید که زمان بدون بعد برای شروع جا به جایی طبیعی برای محدوده اعداد رایلی مورد استفاده در این تحقیق با توان دوم عدد رایلی رابطه عکس دارد. به طوری که برای زمان بدون بعد شروع جابجایی و عدد رایلی رابطه ra-2845td= برقرار می باشد. رابطه بدست آمده می تواند در جهت تشخیص زمان شروع جا بجایی طبیعی در یک سیستم با عدد رایلی مشخص و همچنین پیش بینی زمان طولانی مدت ذخیره سازی در مقیاس های ذخیره سازی و دفع زیر زمینی مورد استفاده قرار گیرد. در بخش پایانی این تحقیق اثر میزان شوری محیط آبده تحت تزریق بر زمان شروع جابجایی طبیعی مورد استفاده قرار گرفته است. برای این کار، شش سناریو با محوریت تغیر درصد شوری آبده و ثابت نگه داشتن سایر متغیرهای درگیر در فرایند، مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده حاکی از تأثیر مستقیم درصد شوری آبده بر زمان شروع جابجایی طبیعی است. به نحوی که با افزایش درصد شوری آبده، زمان وقوع جابجایی طبیعی به تأخیر می افتد. در نتیجه آن مقدار تجمعی گاز حل شده نیز پس از زمان مشخص کمتر خواهد بود.

در این پایان نامه، از روش هیدرودینامیک ذرات هموار، که از جمله معروف ترین روش های بدون شبکه است، برای حل مسئله تیر و ورق تحت بارگذاری خارجی استفاده شده است. تیر و ورق مورد مطالعه همگن و ایزوتروپیک بوده و از تئوری های کلاسیک تیرها و ورق ها برای بدست آوردن معادلات حاکم بر آن ها استفاده شده است. ابتدا معادلات حاکم بیان شده، و در ادامه روش هیدرودینامیک ذرات هموار و معادلات حاکم بر این روش شرح داده شده است. در ادامه نحوه بکارگیری روش هیدرودینامیک ذرات هموار در حل این معادلات و ارضاء کردن شرایط مرزی تکیه گاه گیردار، تکیه گاه ساده و آزاد توضیح داده شده است. در بررسی نتایج ابتدا جابجایی استاتیکی تیر با ترکیب شرایط مرزی ذکر شده تحت بارگذاری عرضی یکنواخت و متمرکز بدست آورده شده و با نتایج حل دقیق مقایسه شده است. در ادامه جابجایی استاتیکی ورق با ترکیب شرایط مرزی ذکر شده تحت بارگذاری عرضی یکنواخت محاسبه شده و پس از آن جابجایی استاتیکی ورق با شرایط مرزی ساده تحت بار متمرکز بدست آورده شده است. نتایج جابجایی استاتیکی ورق با حل تحلیلی مقایسه شده است. در قسمت بعد، پاسخ دینامیکی تیر و ورق با شرایط تکیه گاهی ساده تحت بار متحرک با نتایج بدست آمده از روش تحلیلی و اجزاء محدود مقایسه گردیده اند. نتایج حاصل نشان از دقت و توانایی بالای این روش در حل مسائل ذکر شده دارد. هدف در این پایان نامه بکارگیری روش هیدرودینامیک ذرات هموار در حل مسائل جامداتی و بررسی مزایا و نقص های این روش در حل این نوع مسائل و به خصوص تیر و ورق است. با توجه به اینکه این روش، روشی نو پا در مکانیک جامدات است و تاکنون کارهای زیادی با این روش در این حوزه انجام نشده است، می توان از این بررسی برای ورود به مسائل دیگری که این روش می تواند در آن ها کارایی خود را نشان دهد استفاده کرد که خود اهمیت پایان نامه را نشان می دهد.

مخازن آبده شکافدار مانند دلومیت ها و سنگ آهک می تواند به عنوان گزینه ای مناسب برای ذخیره سازی co2 به منظور دفع آن و حفظ محیط زیست باشد. برای این منظور شبیه سازی تزریق گاز های اسیدی در مخازن آبده شکافدار انجام شد. توصیف دقیق خواص ترمودینامیکی و خواص انتقال گاز های اسیدی و آب شور در پیش بینی مقدار انحلال پذیری و محتوای آب گاز های اسیدی برای به دست آوردن تغییرات چگالی آب سازند در اثر انحلال گاز لازم است. به منظور پیش بینی پدیده همرفت در اثر گرادیان چگالی، زمان شروع جابجایی، نرخ اختلاط همرفتی و حداقل کردن ریسک های مربوط در ذخیره گاز اسیدی نیاز به یک مدل ترمودینامیکی صحیح است. در این مطالعه توسط نرم افزار winprop با دقت خوبی ترمودینامیک گاز های اسیدی و آب مدل سازی شد. سپس شبیه سازی پدیده همرفت در اثر اختلاف چگالی در یک آبده بدون شکاف شبیه سازی شد و اندازه گام زمانی و اندازه شبکه بهینه با در نظر گرفتن محدودیت عدد پکلت و کورانت به منظور جلوگیری از ایجاد خطای عددی بدست آمد. در ادامه اثر تغییرات تراوایی و تخلخل سیستم بررسی شد و افزایش تخلخل به عنوان کاهنده نرخ انحلال و افزایش تراوایی به عنوان عامل موثر در تسریع شروع پدیده همرفت و افزایش نرخ اختلاط تعیین شد، که می توان به عنوان یکی از پارامتر های اصلی در انتخاب سایت ذخیره سازی در نظر گرفته شود. بررسی های انجام شده نشان داد که مکان شکاف افقی و فاصله بین شکاف های عمودی موثرترین عامل روی زمان شروع جابجایی طبیعی می باشد. وجود شکاف در مخازن آبده اثر قابل توجه ای بر روی فرایند اختلاط دارد، در صورت ایمن بودن پوش سنگ می تواند به عنوان گزینه ای مناسب برای انتخاب سایت ذخیره سازی در نظر گرفته شوند.

موضوع اصلی مورد بحث در این رساله، بررسی عددی جریان سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی در داخل یک مخلوط کننده میکرو فعال در حالت اختلاط سیالات مخلوط پذیر می¬باشد. روش حل، روش لاگرانژی "هیدرودینامیک ذرات هموار" انتخاب شده است. معادله بقای جرم و معادله ناویر استوکس برای شبیه سازی جریان سیال، حل معادله غلظت برای بررسی میزان اختلاط و مدل قاعده توانی برای مدل سازی سیال غیرنیوتنی معرفی شده است. در این رساله یک الگوریتم خوشرفتار عددی برای محاسبات ارائه می¬شود که دارای توانایی حذف نوسانات غیرفیزیکی روش هیدرودینامیک ذرات هموار است. این الگوریتم از عواملی چون کوپلینگ مجدد سرعت و فشار، مصحح¬های پیشرفته تابع کرنل، تابع جابجایی ذرات و دو نوع انفصال مرتبه دوم برای بهبود روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم پذیر ضعیف استفاده می¬کند. علاوه بر روش تراکم پذیر ضعیف ارائه شده یک حلگر تراکم ناپذیر نیز در کد محاسباتی پیاده سازی شده است. سپس با استفاده از این الگوریتم¬ها، مخلوط کننده در حالت محفظه بسته و محفظه باز (دارای ورودی و خروجی) امتحان شد. در حالت محفظه بسته، برای حالت تک¬پره و دوپره اثر سرعت زاویه دوران پره بر میزان اختلاط بررسی و شکل مناسب محفظه تعیین شده است. موارد ذکر شده برای سیال غیر نیوتنی نیز امتحان و علاوه بر آن، اثر ضریب توانی سیال توانی بر میزان اختلاط نیز بررسی گردیده است. در حالت محفظه باز نیز اختلاط سیال در حالت نیوتنی و غیر نیوتنی بررسی شده است. مهمترین پارامتری که در تمام بررسی¬ها مورد توجه قرار گرفته است، اثر فرکانس حرکت پره بر میزان اختلاط است. تحلیل ابعادی و رعایت اصول استخراج نتایج بر اساس گروه¬های بدون بعد، شاخصه اصلی این رساله است. سپس الگوریتم محاسباتی برای حالتی که تغییرات چگالی و لزجت را نیز شامل شود تعمیم داده شده است. بررسی¬ها برای نسبت چگالی¬ و نسبت لزجت لگاریتمی مختلف صورت گرفته و اثر هر کدام بر میزان اختلاط تعیین شده است. در نهایت، با ترکیب جریان محوری و جریان در محفظه دایروی، یک پمپ مخلوط¬کننده میکرو ارائه شده که دارای خصوصیات منحصر به فردی است؛ این مخلوط کننده به جز دوران پره¬ها هیچ نیازی به انرژی ورودی برای به حرکت درآوردن سیال در کانال ندارد و بدون اینکه نیاز باشد در محفظه پره¬ها اختلاط مناسبی ایجاد شود، در خروجی اختلاط کافی و مناسب را ایجاد می¬کند.

در این تحقیق رفتار انحلال co2در آب خالص و مکانیزم های وابسته به صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از روش اجزای محدود و مطابق با فرایند آزمایشگاهی انحلال در یک سلول pvt انجام پذیرفت. بر این اساس فرایند انحلال در دو محیط توده و متخلخل تحت بررسی قرار گرفتند. در هر دو محیط مراحل انحلال مشخص شده اند که این فرایند به ترتیب شامل نفوذ خالص، همرفتی اولیه و همرفتی ثانویه است. نتایج در محیط متخلخل نشان می دهد به دلیل وجود جریان همرفتی کنترل شده در این حالت می توان با استفاده از روش هایی، ضریب نفوذ در آب را محاسبه کرد. این روش ها شامل بررسی مرحله اول انحلال، زمان شروع مرحله دوم، شیب نمودار فشار بی بعد-زمان بی بعد مرحله دوم، مقدار شروود بیشینه و زمان شروع مرحله سوم انحلال است. نتایج در محیط توده نشان می دهد فرایند همرفتی بسیار قوی تر از نفوذ ظاهر می شود به طوری که اثر نفوذ خالص قابل صرف نظر کردن است. حضور پدیده همرفتی باعث دخالت در اندازه گیری های نفوذپذیری حتی در زمان های طولانی تر می شود. در این قسمت از سه نوع شرط مرزی تعادلی، شبه تعادلی و غیر تعادلی استفاده شده است. مقایسه با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که شرط غیر تعادلی با ضریب انتقال جرم مناسب می تواند جواب های قابل قبولی ارائه دهد و دو نوع دیگر اختلاف قابل توجهی با اندازه گیری های آزمایشگاهی علی الخصوص در زمان های اولیه نشان می دهند. همچنین مدلسازی نشان می دهد که ضریب انتقال جرم ثابت نیست و طی زمان کاهش می یابد.

شبیه سازی مخازن نفت علمی است که در آن با استفاده از روش حل عددی معادلات جریان در محیط متخلخل و با در نظر گرفتن شرایط اولیه و شرایط مرزی به مدل سازی مخازن نفت پرداخته می شود. برای بیان کردن اثر چاه در نرم افزارهای شبیه سازی یک مدل چاه استفاده می شود. مطالعات پیشین حاکی از این است که دقت مدل چاه رایج برای مخازن گاز میعانی به میزان اشباع مایع اطراف چاه وابسته است، همچنین میزان اشباع مایع به شدت به اندازه سلول بستگی دارد، از این رو برای تخمینی صحیح از نتایج به‏دست آمده از مدل رایج چاه نیاز است که اندازه سلول ها در اطراف چاه بسیار کوچک باشد. از طرفی اگر در شبکه کارتزین اندازه ی سلول ها بسیار کوچک باشند، زمان بسیار زیادی صرف شبیه سازی می شود. مدل شعاعی این امکان را فراهم می سازد تا با یک شبکه بندی لگاریتمی که اندازه ی شبکه های اطراف چاه ریزتر از اندازه ی شبکه های دورتر است، پدیده های اطراف چاه را به خوبی مشاهده کرد. محدودیت مدل شعاعی این است که در این مدل امکان شبیه سازی مخازن با یک چاه وجود دارد. راهکار ارائه شده در این پایان نامه تلفیق دو مدل کارتزین و شعاعی می باشد. مدل کارتزین شبیه سازی کل مخزن را به عهده دارد و این امکان را فراهم می سازد تا تعداد چاه های مدل به اندازه ی دلخواه باشد و مدل شعاعی با شبیه سازی نواحی اطراف چاه ها این امکان را فراهم می سازد که پدیده های اطراف چاه مخصوصاً در مخازن اشباع بهتر مشاهده شود. در این پایان نامه معادلات جریانی در دو مختصات کارتزین و شعاعی نوشته شده است. مرز خارجی مخزن به صورت مرز بسته درنظر گرفته شده است. خواص سیال مخزن طوری انتخاب شده است که بیانگر سیال گاز میعانی می باشد. نتیجه ی کار این پایان نامه توسعه ی یک شبیه ساز خانگی در محیط نرم افزار matlab است که دو مدل کارتزین و شعاعی در آن با هم تلفیق شده است. نام این شبیه ساز خانگی با توجه به اینکه از دو مقیاس کارتزین و شعاعی به طور همزمان و مدل سیال نفت سیاه اصلاح شده استفاده می کند dsmbo انتخاب شده است. این نام مخفف عبارت double-scale modified black-oil به معنی دومقیاسی نفت سیاه اصلاح شده می باشد.