Чаплина Татьяна Олеговна
Описание курса:
Цель курса «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах» - обучить слушателей современным представлениям о методах теоретических, экспериментальных и натурных исследований природных систем и процессов, протекающих в каждой из оболочек Земли и на их границах, а также ознакомить студентов с практикой их использования при решении конкретных научно-практических задач.
Тема курса «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах» чрезвычайно актуальна сегодня в связи с энергетическими проблемами в мире. По данным экспертов, в обозримом будущем основным источником энергии для человечества будет оставаться углеводородное сырье: нефть и газ. В связи с истощением крупных и доступных месторождений все большее внимание сосредотачивается на трудноизвлекаемых запасах: высоковязкой нефти, углеводородах, залегающих в осложненных геологических условиях, в плотных низкопроницаемых пластах, и на нетрадиционных источниках таких как сланцевая нефть и газ, метан из угольных пластов, газогидраты.
План курса:
1. Фундаментальная система уравнений механики сплошных сред. Граничные условия.
Физические факторы, определяющие динамику и структуру течений в естественных и лабораторных условиях. Краткая история лабораторного моделирования в геофизике. Критерии подобия и условия моделирования динамических процессов в океане.
2. Методы лабораторного моделирования физических процессов в геосредах,
описание современных установок и использующихся измерительных систем.
3. Измерения в морской среде, основные измеряемые параметры. Погрешности
измерений. Комплексная аппаратура. Погрешность in situ и лабораторных
измерений. Существующая система метрологического обеспечения морских
измерений. Принципы переноса данных лабораторных опытов на природные
системы.
4. Основные понятия и принципы математического моделирования. Основные этапы методов математического моделирования. Прямые и обратные задачи математического моделирования. Универсальность математических моделей. Принцип аналогий. Иерархия моделей.
5. Вихревые течения и их воздействие на окружающую среду. Простая модель вихря в жидкости со свободной поверхностью. Динамика вихревых систем. Перенос вещества волновыми и вихревыми течениями. Лабораторные установки для моделирования вихревых течений.
6. Лабораторная работа «Экспериментальное исследование вихревого течения со свободной поверхностью, индуцированного вращающимся диском в цилиндрическом контейнере».
7. Уравнения термогидромеханики стратифицированной жидкости. Присоединенные
внутренние волны. Методы лабораторного моделирования стратифицированных
течений. Моделирование нестационарных, периодических и внутренних волн.
Математическое и лабораторное моделирование коротких внутренних волн в
непрерывно стратифицированных жидкостях.
8. Лабораторная работа «Периодические внутренние волны в непрерывно стратифицированной жидкости».
9. Основные геомеханические и геофизические характеристики месторождений нефти и газа, залегающих в различных геологических условиях, способы их разработки и проблемы, возникающие в процессе бурения, освоения и эксплуатации скважин.
10. Основные геофизические методы исследования скважин и используемое для этих целей оборудование. Электрический каротаж. Волновые методы исследования от сейсмики до ультракороткого диапазона. Продольные и поперечные волны. Гидродинамические методы исследования скважин.
11. Методы математического моделирования механических и фильтрационных процессов в нефтегазовых пластах. Механическая модель месторождения.
12. Математические модели реальных течений жидкости. Физические параметры среды и протекающих процессов. Фундаментальные уравнения, системы уравнений и граничные условия.
13. Основы теневых измерений и методы определения углов отклонения лучей света в прозрачных неоднородностях. Метод ножа и щели, метод нити. Оптическая схема системы, работающей на основе теневого метода. Интерференционно-теневые приборы. Примеры применения теневых методов для исследования процессов в стратифицированных средах.
14. Контактные высокоразрешающие методы измерения температуры и удельной
электропроводности жидкости. Статическая и динамическая градуировка
датчиков электропроводности. Моделирование неконтактных радиочастотных
методов измерений внутренних волн. Автоматизация сбора и обработки
экспериментальных данных.
15. Динамика поверхностных и внутренних гравитационных волн в задачах мониторинга и прогноза морского волнения. Моделирование поверхностных гравитационных и капиллярных волн.
16. Возможности практического применения результатов моделирования для решения актуальных задач физики атмосферы и океана.
17. Компьютерные технологии моделирования природных процессов и обработки
экспериментальных данных. Алгоритмы, применяемые для моделирования
природных систем.
18. Технология OpenFOAM для вычислительной гидрогазодинамики (создание сеток, масштабирование геометрии; свойства материалов; задание начальных и граничных условий; запуск пакета; настройка пакета персональном компьютере; интерактивный мониторинг невязок в процессе счета; контроль переменных и нагрузок; анализ и визуализация данных в Paraview).
