ROUGHNESS EFFECT ON VELOCITY DOMAIN THROUGH ROCK FRACTURES
F l u i d f l o w a n d s o l u t e t r a n s p o r t i n a f r a c t u r e d r o c k m a s s a r e o f k e y i n t e r e s t f o r m a n y p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s, s u c h a s i n t h e h y d r o c a r b o n a n d w a t e r i n d u s t r i e s a n d i n t h e s a f e d e s i g n o f d i s p o s a l s i t e s f o r d o m e s t i c, i n d u s t r i a l a n d n u c l e a r w a s t e. I n m a n y g e o l o g i c a l s t r u c t u r e s, r o c k f r a c t u r e s a r e t h e m a i n f l o w p a t h s a n d a r e a m o s t i m p o r t a n t a t t r i b u t e i n r o c k m a s s h y d r a u l i c b e h a v i o r. T h e r e f o r e, t h e d e v e l o p m e n t o f r e a l i s t i c a n d r o b u s t p r e d i c t i v e m o d e l s o f f l o w a n d t r a n s p o r t r e q u i r e s a t h o r o u g h u n d e r s t a n d i n g o f t h e p h y s i c a l p r o c e s s e s t h a t g o v e r n f l o w i n i n d i v i d u a l f r a c t u r e s. T h e o b j e c t i v e o f t h i s p a p e r i s t o e x a m i n e t h e i m p a c t s o f f r a c t u r e r o u g h n e s s o n t h e f l o w v e l o c i t y f i e l d t h r o u g h o u t a n i n d i v i d u a l f r a c t u r e. F i r s t, a t h r e e-d i m e n s i o n a l g e o m e t r i c a l d o m a i n o f a n a r b i t r a r y r o u g h-w a l l e d f r a c t u r e, c o n s i s t i n g o f 150 v o l u m e t r i c e l e m e n t s (f r a c t u r e s e g m e n t s) i n 6 r o w s a n d 25 c o l u m n s, w a s g e n e r a t e d. T h e c o m p u t a t i o n a l d o m a i n o f t h i s f r a c t u r e w a s g e n e r a t e d, a n d t u r b u l e n t f l o w t h r o u g h t h e v o i d s p e c i m e n w a s s i m u l a t e d b y u s i n g t h e f i n i t e v o l u m e m e t h o d f o r a w i d e r a n g e o f i n l e t v e l o c i t i e s; f r o m 0.01 t o 1 m/s. I n o r d e r t o e v a l u a t e t h e e f f e c t o f s u r f a c e r o u g h n e s s a n d a p e r t u r e o n t h e a v e r a g e f l o w v e l o c i t y, s i x t y-f o u r h o r i z o n t a l s e c t i o n s, w i t h 0.01m m c o n s e c u t i v e d i s t a n c e s i n a z-d i r e c t i o n a n d e l e v e n v e r t i c a l s e c t i o n s, n o r m a l t o t h e y-d i r e c t i o n a n d p e r p e n d i c u l a r t o t h e m a i n f l o w d i r e c t i o n, w i t h 1 m m c o n s e c u t i v e d i s t a n c e s i n t h e y-d i r e c t i o n, w e r e c o n s i d e r e d t h r o u g h t h e g e o m e t r i c a l d o m a i n, r e s p e c t i v e l y. T h e a v e r a g e v e l o c i t y o n t h e s e h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l s e c t i o n s h a s b e e n n o r m a l i z e d w i t h t h e i n l e t v e l o c i t y. T h e s e n o r m a l i z e d v e l o c i t i e s w e r e u s e d t o i l l u s t r a t e r o u g h n e s s a n d a p e r t u r e e f f e c t s o n f l o w v e l o c i t y f i e l d s i n r o c k f r a c t u r e s. T h e m a x i m u m v a l u e o f t h e n o r m a l i z e d v e l o c i t y o n h o r i z o n t a l s e c t i o n s i s a b o u t 1.47, o c c u r r e d i n t h e i n l e t v e l o c i t y o f 0.01 m/s, w h i c h i s c l o s e t o t h e i d e a l m a g n i t u d e f o r c u b i c l a w. B y i n c r e a s i n g i n l e t v e l o c i t y, t h e m a x i m u m v a l u e o f t h e n o r m a l i z e d v e l o c i t y o n h o r i z o n t a l s e c t i o n s d e c r e a s e s f r o m 1.47 t o 1.34 f o r t h e i n l e t v e l o c i t y o f 0.01 m/s t o 1 m/s, r e s p e c t i v e l y. M o r e o v e r, b y i n c r e a s i n g i n l e t v e l o c i t y, t h e c o r r e s p o n d i n g h e i g h t o f t h e m a x i m u m v a l u e o f t h e n o r m a l i z e d v e l o c i t y d e c r e a s e s f r o m 0.205 m m t o 0.18 m m f o r t h e i n l e t v e l o c i t y o f 0.01 m /s t o 1 m/s, r e s p e c t i v e l y. T h e r e s u l t s s h o w t h a t; (i) b y i n c r e a s i n g f l o w r a t e, t h e s y m m e t r y o f t h e v e l o c i t y p r o f i l e d e c r e a s e s a n d i n c l i n e s t o t h e s m o o t h e s t f r a c t u r e s u r f a c e, a n d, a l s o, t h e i n t e n s i t y o f t h e r o t a t i o n a l f l o w i n c r e a s e s, (i i) i n h i g h f l o w r a t e s, t h e a r r a n g e m e n t o f f l o w c h a n n e l s c h a n g e s a n d l o w e r f l o w r a t e s t a k e p l a c e t h r o u g h l a r g e a p e r t u r e s.
- حق عضویت دریافتی صرف حمایت از نشریات عضو و نگهداری، تکمیل و توسعه مگیران میشود.
- پرداخت حق اشتراک و دانلود مقالات اجازه بازنشر آن در سایر رسانههای چاپی و دیجیتال را به کاربر نمیدهد.