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Tough3 多孔裂隙介质中多相流体及热流动数值模拟软件

TOUGH3 是一个通用的数值模拟程序对多相多元流体和热流量,在孔隙和裂隙介质多组分流体混合物。主要应用领域包括地热水库工程、核废料隔离研究、环境评估和修复以及可变饱和介质和含水层中的流动和运输。

软件详情介绍

Software details

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TOUGH 3 的新特性

概要

TOUGH 3灵活多态的(EOS)模块能轻松的处理研究不同的流体混合物。  

TOUGH 3支持使用空间离散积分有限差分法和一阶全隐式差分法。对于线性方程组解,可以选择采用稀疏直接求解器或各种预条件共轭梯度算法处理。水的热物理性质在实验精度中用蒸汽表方程表示。该程序提供了指定注入或撤出热量和流体的选项,双孔隙度、双渗透性和多重交互连续性(MINC)方法可用于裂缝性孔隙介质的流动建模流程。

TOUGH 3用于范围更加广大,不仅适用于处理地热储层研究和高水平的核废料隔离,还适用于热量和水分转移问题,以及在多孔材料的干燥过程处理。

TOUGH 3模拟器的开发涉及到强烈的热驱动流问题,为了描述这些现象,它采用了一种多相流体和热流的方法,充分考虑了气体和液体相的运动、潜热和显热的输送以及液体和蒸汽之间的相变。TOUGH 3根据达西定律,在压力、粘性和重力作用下,液体和气态的流体流动以及相位间的干扰用相对渗透率函数表示。该代码包括在气相的Klinkenberg效应和二元扩散,以及液相的毛细管和相吸附效应影响。热传导是通过传导(热导依赖于水饱和度)、对流和二元扩散(包括敏感和潜热)产生的

●新增功能特性

TOUGH 3兼具了 TOUGH2 所有功能和代码. TOUGH 3经过众多研究人员多年的自主研发,已经发展成为一个在FORTRAN90中编码的单一旗舰模拟器,能够开发多处理器机器(包括大规模并行版本TOUGH2-MP)。

全新的TOUGH 3,具有显著的编码修改能力,尤其在并行执行中线性方程的解决方案能力,可以很容易的在地下过程中找到熟悉的子程序名称和FORTRAN代码(如流量、运输、相平衡、毛管压力、子程序等)。

●针对大问题的新并行能力New Parallel Capabilities for Large Problems

TOUGH 3不仅可以利用TOUGH2标准序列共轭梯度求解器和Aztec并行线性方程求解器,还可以利用可移植的、可扩展的科学计算工具箱(PETSc)中的所有求解器。当在有多个处理器的计算机上安装时,TOUGH 3可以在数百万个网格块(每个网格块2-4个方程)的顺序下模拟非常大的问题。

上图: 性能测试的强硬3-EOS3单相注入冷水成均匀地热储层10公里×10公里×4公里在体积离散成853128体积元素(网格块)显示运行时扩展的处理器数量(测试由Antonio Pio Rinaldi (ETH), 2018)。 

●最新的授权模型New Licensing Model

为了简化购买流程,现在最新的TOUGH 3现在作为一个单独的包销售,包含了3个核心和相关所有的状态(EOS)模块。包含: EOS1, EOS2, EOS3, EOS4, EOS5, EOS7, EOS7R, EOS7C, EOS7CA, EOS8, EOS9, EWASG, ECO2N, ECO2N V2, ECO2M, TMVOC.

2018年3月22日,TOUGH 3正式上线,TOUGH 2从此停止销售。TOUGH 3所有模块不可以单独采购,只能作为一个整体销售。但是Source和Executable可以单独采购,但是注意,如果您想使用Executable功能,就必须要先采购Source。

●增加和改进Additions and Improvements Relative to TOUGH2

◆ 大量的bugs错误被修复和改进,有利于促进在未来的几年中的代码维护和增加的能力

◆ 合并和更新了几个EOS模块,例如: TMVOC, ECO2N, ECO2M, EOS7C, and EOS7CA

◆ 在初始化阶段动态分配与问题大小相关的数组

◆ 显著提高输出选项 (例如:printout in CSV, TECPLOT, or PETRASIM format for selected element-, connection-, and generation-related output variables)

◆ 增加和提升了更灵活的输入选项 (例如: time dependent GENER block)

◆ 合并并采用了许多增强功能被实施在iTOUGH2中的增强功能,例如: hysteresis modules for all EOS’s, semi-analytical heat solutions for wellbores, multiple biodegradation reactions in TMVOC

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TOUGH2简介

概要

TOUGH2 是一个通用的数值模拟程序对多相多元流体和热流量,在孔隙和裂隙介质多组分流体混合物。主要应用领域包括地热水库工程、核废料隔离研究、环境评估和修复以及可变饱和介质和含水层中的流动和运输。

TOUGH2 提供了处理不同流体混合物的灵活性,这些混合物的特性应用在不同的状态(EOS)模块中。

TOUGH2 采用积分有限差分法进行空间离散化,并采用一阶(first-order)完全隐式时间差分法。 

对于线性方程解,可以选择一个稀疏的直接求解器或各种预先条件共轭梯度算法。在实验精度范围内,将水的热物理性质用蒸汽表方程表示。该程序提供了指定注射或提取热量和液体的选项:双孔隙度、双渗透性和多重交互连续性(MINC)方法可用于裂缝性孔隙介质的流动建模。

TOUGH2 虽然主要用于地热储层研究和高水平的核废料隔离,但亦可应用于更广泛的热量和水分转移问题,以及在多孔材料的干燥过程中。

TOUGH2是针对强热驱动流(heat-driven flow)的问题,开发的模拟器。为了更清晰的描述这些现象,我们采用了流体和热流的多相方法,充分考虑了气体和液相的运动,它们的潜在和显热的传递,以及液体和蒸汽之间的相变。

TOUGH2 根据达西定律,在压力、粘性和重力作用下,充分考虑到液体和气态的流体流动。以及相位之间的干扰用相对渗透率函数表示。该代码包括气相的Klinkenberg效应和二元扩散,以及液相的毛细管和相吸附效应。热传导是通过传导(热导依赖于水饱和度)、对流和二元扩散(包括敏感和潜热)产生的。

●功能与特点

TOUGH2是多相流体和多组分流体混合物在多孔介质和断裂介质中流动的通用数值模拟程序。

TOUGH2可以解决难解的质量和能量平衡方程描述流体和热流在一般的多相,多组分系统。并采用达西定律的多相扩展来描述流体平流; 此外,在所有阶段都有扩散的大规模传导;热流是通过传导和对流发生的,后者包括敏感和潜热效应。热力学条件的描述是建立在所有相的局部平衡假设的基础上的。流体和地层参数可以是主热力学变量的任意非线性函数。

对于数值模拟,连续空间和时间变量必须离散化。空间离散直接由基本守恒方程的积分形式进行,不将其转化为偏微分方程。

这种“积分有限差分法(IFDM)避免提及到一个全球性的坐标系统,从而提供的优点是适用于定期或不定期的在一,两离散,和三个维度。通过简单的几何数据的预处理手段,实现双和多裂隙介质孔隙率的方法实现IFDM。时间完全隐式化为一阶向后有限差分。这与上游通量加权在接口上是必要的,以避免不切实际的时间步长限制的流动问题涉及阶段(DIS)的外观,并实现无条件稳定性。

版本模块详细介绍

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