Προσομοίωση πολλαπλής κλίμακας φυσικοχημικών διεργασιών σε ταμιευτήρες υδρογονανθράκων και άλλα πορώδη μέσα

Abstract

In the theoretical part of the thesis are formulated the principles in the theory of porous materials and more specifically the description of the morphological and microstructural characterization, using methods of mathematical morphology and statistical measures that lead to the calculation of the macroscopic transport properties. It was developed a new algorithm to create dense packings of bidispersed spheres which can better simulate porous adsorbent material. A new hybrid method of porous media reconstruction was proposed, that can be a powerful tool as it significantly improves the reconstruction process methods to take into account additional long range correlations in the material. The work was extended to include the simulation of heterogeneous multi scale/multiple porosity materials which allows the synthesis of the distinct phases by studying every homogeneous phase independently. The morphology and geometry of the porous structure in random heterogeneous materials with macroscopic transport properties such as the diffusion and permeability coefficients. The main conclusions of the methodology developed and expanded to include macroscopically heterogeneous material with two correlation scales is that were associated with a very satisfactory manner for practical applications the microstructure of different porous materials with their macroscopic properties and there were developed new computational tools to reconstruct three dimensional digital materials.

Στο θεωρητικό μέρος της διατριβής διατυπώνονται οι βασικές αρχές στη θεωρία των πορωδών υλικών η μορφολογική περιγραφή της μικροδομής τους και ο χαρακτηρισμός τους χρησιμοποιώντας μεθόδους μαθηματικής μορφολογίας και στατιστικών μέτρων αλλά και απεικόνισης της μικροδομής με επακόλουθο χαρακτηρισμό και υπολογισμό των ιδιοτήτων μεταφοράς τους. Αναπτύχθηκε ένας νέος αλγόριθμος δημιουργίας πυκνών συσσωματώσεων δισδιάσπαρτων σφαιρών με βάση τον οποίο μπορούν να προσομοιωθούν καλύτερα πορώδη προσροφητικά υλικά. Αναπτύχθηκε μια νέα υβριδική μέθοδος ανακατασκευής που μπορεί να αποτελέσει ένα ισχυρό εργαλείο καθώς βελτιώνει σημαντικά τις μεθόδους ανασύνθεσης διεργασιών έτσι ώστε να περιλαμβάνονται επιπλέον μακρινές συσχετίσεις του υλικού. Αναπτύχθηκε η μεθοδολογία προσομοίωσης ετερογενών υλικών πολλαπλής κλίμακας πορώδους που επιτρέπει τη σύνθεση των διαφορετικών φάσεων μελετώντας στοιχεία κάθε ομοιογενούς φάσης. Συσχετίστηκε η μορφολογία και γεωμετρία της δομής πορωδών τυχαίων και ετερογενών υλικών με τις μακροσκοπικές ιδιότητες μεταφοράς που εκφράζουν οι συντελεστές διάχυσης και διαπερατότητας. Τα βασικά συμπεράσματα της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε και επεκτάθηκε ώστε να περιλάβει και μακροσκοπικά ετερογενή υλικά που παρουσιάζουν δύο κλίμακες συσχέτισης είναι ότι συσχετίστηκε με πολύ ικανοποιητικό τρόπο για πρακτικές εφαρμογές η μικροδομή διαφορετικών πορωδών υλικών με τις μακροσκοπικές τους ιδιότητες και αναπτύχθηκαν νέα υπολογιστικά εργαλεία ώστε να ανακατασκευάζονται υπολογιστικά τρισδιάστατες αναπαραστάσεις υλικών.