Laboratory experiments on DNAPL gravity fingering in water-saturated porous media

International audienceLaboratory experiments were carried out at the Darcy scale to investigate the gravity-driven fingering phenomenon of immiscible two-phase flow of water and a dense nonaqueous-phase liquid (DNAPL) such as trichloroethylene (TCE). Rate-controlled displacement experiments were performed on a homogenous sand-filled column under various displacement conditions. Several system parameters (e.g. flow rate, flow mode (upward flow, downward flow) and mean grain-size diameter of the porous medium) were varied in the experimental programme. Optical fiber sensors were developed to quantify the spatial distribution of the advancing displacement front in a given control section of the experimental device. Following each experiment, multi-point measurements of the remaining TCE saturation were obtained by insitu soil sampling. The resulting DNAPL distribution was heterogeneous even though the medium was homogeneous sand. Higher DNAPL injection rates and lower medium permeability both reduced gravity fingering. This is because viscous forces stabilize the advancing front with pressure gradients increasing as function of the injection rate and decreasing as function of the permeability. Average residual TCE saturations obtained by mass-balance in the experiment after a complete drainage-imbibition cycle were influenced by the mean grain-size diameter of the porous medium but were not affected by the flow mode of the primary drainage process

Development of a multiphase flow and multicomponent simulator

Une méthode pour la simulation des écoulements triphasiques compressibles est proposé en tenant compte de la gravité et de la capillarité. Les équations sont ré-écrites en formulation fractionnaire avec une équation en pression globale et deux équations de saturation. La pression globale satisfaisant une condition dite de «différentiel totale» (DT) a été introduite par [Chavent et JafTré, 1986] afin de simplifier la formulation mathématique de l'écoulement. Une méthode d'optimisation avec contraintes est utilisée pour déterminer sur un diagramme ternaire les variables second aires à partir des saturations effectives. Une autre approche d'interpolation DT récemment mise au point par [Chavent, 2008] est également mis en oeuvre. Par rapport à la première formulation, la nouvelle approche est équivalente et plus efficace que la formulation classique. Nous discutons de la construction des variables à l'aide d'éléments finis composites spectraux, en particulier les conditions aux limites qui doivent tenir compte des données diphasiques connues les limites du diagramme ternaire [di Chiara Roupert et al. 2010]. Deux méthodes numériques performantes sont ensuite utilisées pour résoudre l'équation de pression globale et les deux équations de saturation en eau et en huile. Les éléments finis discontinus sont utilisés pour représenter le terme convectif des deux équations de saturation alors que la méthode des éléments fini s mixtes est choisie de résoudre l'équation de pression globale et la partie diffusive des équations de saturation. Des résultats numériques sont donnés pour certains cas de tests analytiques et comparés aux autres approches.A method for the simulation of compressible three-phase flows is proposed taking into account gravity and capillary effects. Governing equations are written in a fractional flow formulation in terms of a global pressure equation and two saturation equations. The global pressure satisfaying a "Total differential" (TD) condition was introduced by [Chavent and Jaffré, 1986] to simplify the mathematical formulation of three-phase flows. Thus, a constrained optimization procedure is used to determine the preliminary secondary variables of the fractional flow from the effective saturation ternary diagram. Another TD interpolation class approach recentkly developped by [Chavent, 2008] is also implemented. Compared to the first formulation, the new formulation is equivalent to the classical formulation with the computational efficiency of the original formulation. We discuss the construction using spectral composite finite element, in particular the boundary conditions which need to be satisfied for the three-phase data to honor given two-phase data on the boundary of the ternary diagram [di Chiara Roupert et al. 2010]. Two efficient numerical methods are then used to solve the global pressure equation and the two saturation equations for the water and oil phase. Discontinous finite elements are used to approximate the convective term of the two saturation equations while the mixed finite element method is chosen to solve the global pressure equation and the diffusive part of the saturation equations. Numerica

Development of a multiphase flow and multicomponent simulator

Une méthode pour la simulation des écoulements triphasiques compressibles est proposé en tenant compte de la gravité et de la capillarité. Les équations sont ré-écrites en formulation fractionnaire avec une équation en pression globale et deux équations de saturation. La pression globale satisfaisant une condition dite de différentiel totale (DT) a été introduite par [Chavent et JafTré, 1986] afin de simplifier la formulation mathématique de l'écoulement. Une méthode d'optimisation avec contraintes est utilisée pour déterminer sur un diagramme ternaire les variables second aires à partir des saturations effectives. Une autre approche d'interpolation DT récemment mise au point par [Chavent, 2008] est également mis en oeuvre. Par rapport à la première formulation, la nouvelle approche est équivalente et plus efficace que la formulation classique. Nous discutons de la construction des variables à l'aide d'éléments finis composites spectraux, en particulier les conditions aux limites qui doivent tenir compte des données diphasiques connues les limites du diagramme ternaire [di Chiara Roupert et al. 2010]. Deux méthodes numériques performantes sont ensuite utilisées pour résoudre l'équation de pression globale et les deux équations de saturation en eau et en huile. Les éléments finis discontinus sont utilisés pour représenter le terme convectif des deux équations de saturation alors que la méthode des éléments finis mixtes est choisie de résoudre l'équation de pression globale et la partie diffusive des équations de saturation. Des résultats numériques sont donnés pour certains cas de tests analytiques et comparés aux autres approches.A method for the simulation of compressible three-phase flows is proposed taking into account gravity and capillary effects. Governing equations are written in a fractional flow formulation in terms of a global pressure equation and two saturation equations. The global pressure satisfaying a "Total differential" (TD) condition was introduced by [Chavent and Jaffré, 1986] to simplify the mathematical formulation of three-phase flows. Thus, a constrained optimization procedure is used to determine the preliminary secondary variables of the fractional flow from the effective saturation ternary diagram. Another TD interpolation class approach recentkly developped by [Chavent, 2008] is also implemented. Compared to the first formulation, the new formulation is equivalent to the classical formulation with the computational efficiency of the original formulation. We discuss the construction using spectral composite finite element, in particular the boundary conditions which need to be satisfied for the three-phase data to honor given two-phase data on the boundary of the ternary diagram [di Chiara Roupert et al. 2010]. Two efficient numerical methods are then used to solve the global pressure equation and the two saturation equations for the water and oil phase. Discontinous finite elements are used to approximate the convective term of the two saturation equations while the mixed finite element method is chosen to solve the global pressure equation and the diffusive part of the saturation equations. Numerica

Development of a multiphase flow and multicomponent simulator

Une méthode pour la simulation des écoulements triphasiques compressibles est proposé en tenant compte de la gravité et de la capillarité. Les équations sont ré-écrites en formulation fractionnaire avec une équation en pression globale et deux équations dA method for the simulation of compressible three-phase flows is proposed taking into account gravity and capillary effects. Governing equations are written in a fractional flow formulation in terms of a global pressure equation and two saturation equati

Développement d'un code de calcul multiphasique multiconstituants

Une méthode pour la simulation des écoulements triphasiques compressibles est proposé en tenant compte de la gravité et de la capillarité. Les équations sont ré-écrites en formulation fractionnaire avec une équation en pression globale et deux équations de saturation. La pression globale satisfaisant une condition dite de différentiel totale (DT) a été introduite par [Chavent et JafTré, 1986] afin de simplifier la formulation mathématique de l'écoulement. Une méthode d'optimisation avec contraintes est utilisée pour déterminer sur un diagramme ternaire les variables second aires à partir des saturations effectives. Une autre approche d'interpolation DT récemment mise au point par [Chavent, 2008] est également mis en oeuvre. Par rapport à la première formulation, la nouvelle approche est équivalente et plus efficace que la formulation classique. Nous discutons de la construction des variables à l'aide d'éléments finis composites spectraux, en particulier les conditions aux limites qui doivent tenir compte des données diphasiques connues les limites du diagramme ternaire [di Chiara Roupert et al. 2010]. Deux méthodes numériques performantes sont ensuite utilisées pour résoudre l'équation de pression globale et les deux équations de saturation en eau et en huile. Les éléments finis discontinus sont utilisés pour représenter le terme convectif des deux équations de saturation alors que la méthode des éléments finis mixtes est choisie de résoudre l'équation de pression globale et la partie diffusive des équations de saturation. Des résultats numériques sont donnés pour certains cas de tests analytiques et comparés aux autres approches.A method for the simulation of compressible three-phase flows is proposed taking into account gravity and capillary effects. Governing equations are written in a fractional flow formulation in terms of a global pressure equation and two saturation equations. The global pressure satisfaying a "Total differential" (TD) condition was introduced by [Chavent and Jaffré, 1986] to simplify the mathematical formulation of three-phase flows. Thus, a constrained optimization procedure is used to determine the preliminary secondary variables of the fractional flow from the effective saturation ternary diagram. Another TD interpolation class approach recentkly developped by [Chavent, 2008] is also implemented. Compared to the first formulation, the new formulation is equivalent to the classical formulation with the computational efficiency of the original formulation. We discuss the construction using spectral composite finite element, in particular the boundary conditions which need to be satisfied for the three-phase data to honor given two-phase data on the boundary of the ternary diagram [di Chiara Roupert et al. 2010]. Two efficient numerical methods are then used to solve the global pressure equation and the two saturation equations for the water and oil phase. Discontinous finite elements are used to approximate the convective term of the two saturation equations while the mixed finite element method is chosen to solve the global pressure equation and the diffusive part of the saturation equations. NumericalSTRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Reactive transport of micropollutants in laboratory aquifers undergoing transient exposure periods

International audienc

Combining multi-phase flow and pathway-specific reactive transport modeling to investigate the impact of water table fluctuations on dichloromethane biodegradation

International audienc

A Fourier series solution for transient three-dimensional thermohaline convection in porous enclosures

International audienceThermohaline convection (THC) in porous media is frequently investigated using the problem of porous enclosure. Most of the existing modeling-based studies are limited to 2D simulations, because 2D assumption is widely used to deal with computational requirement of 3D numerical solutions. Analytical solutions serve as an alternative to deal with computational requirement of numerical solutions. Existing analytical solutions of THC are mostly limited to 2D and also under steady-state regime. In this work, we develop a meshless 3D semi-analytical solution for the problem of THC in a porous box under crossed thermal and solute gradients, for both steadystate and transient regimes. The semi-analytical solution is developed using the Fourier series (FS) method applied to the vector potential form of the governing equations. The extension to transient solutions represents an important technical feature of this work, as the applications of the FS method to density-driven problems have been limited to steady-state conditions. The FS solution is validated against a finite element solution obtained using COMSOL Multiphysics. Numerical experiments show the worthiness of the developed FS solution as a benchmark because it clearly allows making distinction between different numerical techniques. The effects of governing parameters on three-dimensional THC have not been investigated previously. We perform a detailed parameter sensitivity analysis to address this gap. A vortex convective flow is observed and the orientation and intensity of the flow is sensitive to the gravity number. The increase in the temperature gradient reduces the salinity flux