Numerical simulation of finite-amplitude spatial perturbations of advective thermocapillary flow in a weakly rotating liquid layer under microgravity conditions

Abstract

Построена математическая модель процесса образования газогидрата в снежном массиве, в исходном состоянии насыщенном газом, при нагнетании этого же газа. Для осесимметричной задачи с протяженной областью фазовых переходов построены автомодельные решения, описывающие поля температур и давлений, а также насыщенностей снега, гидрата и газа в массиве. Показано, что в зависимости от массового расхода газа и исходного состояния системы «снег-газ» в области фильтрации можно выделить три характерных зоны: ближнюю, в которой не происходит образование гидрата и, следовательно, насыщенную газом и снегом; промежуточную, в которой условия соответствуют гидратообразованию, то есть присутствуют одновременно фазы снега, газа и гидрата; дальнюю, заполненную газом и снегом в исходных фазах. Соответственно введены две фронтальных поверхности: первая-между дальней и промежуточной зонами, где начинается переход снега в состав гидрата; вторая-между ближней и промежуточной зонами, на которой заканчивается процесс образования гидрата. Изучено влияние массового расхода нагнетаемого газа, начальной снегонасыщенности и исходной температуры массива на протяженность объемной зоны образования гидрата, а также на величину гидратонасыщенности на границе, разделяющей ближнюю и промежуточную зоны. Установлено, что увеличение массового расхода нагнетаемого газа (текущее давление нагнетания скважины) приводит к росту протяженности объемной зоны фазовых переходов, а с ростом исходной снегонасыщенности протяженности объемной зоны образования гидрата и ближней зоны, где не происходит фазовых переходов, уменьшаются. Понижение начальной температуры снежного массива приводит к увеличению зоны гидратообразования, при этом отмечается рост доли гидрата на ближней границе.