天然气水合物多场耦合数值模拟方法研究取得新进展-

天然气水合物的开采是一个涉及渗流、传热、水合物相变和沉积物力学变形的THMC多物理场耦合过程。目前，水合物THMC耦合数值模拟方法有两种研究思路:第一种是用有限体积法计算流体体系，用有限元法处理固体体系；第二种思路是用有限元法同时处理流体系统和固体系统。第一种方法在流固耦合过程中需要插值，流体系统的网格不适用于固体系统。第二种方法存在流体系统局部不守恒的问题，导致不收敛，非物理解。

在本研究中，提出了有限元法与有限元法混合的新思路。在所有非结构网格的基础上构造一组双重控制体积网格，在控制体积网格上采用有限体积法结合有限元插值函数求解流体系统，在原网格上采用有限元法求解固体系统。这样一种新的研究思路有几个优点:一是构造控制体积使流体系统和固体系统的变量位于同一节点，保证了流体系统解的局部守恒，避免了流固耦合插值和网格不相容的问题；其次，引入有限元插值函数来近似多点流动，避免了传统有限体积法对网格正交性的要求，可以使用完全非结构网格来构造复杂的几何模型。基于上述算法，团队开发了一套具有完全自主知识产权的数值模拟器QIMGHyd-THMC，并得到了室内模拟实验结果和国际主流数值模拟软件的验证，为水合物多场耦合数值模拟方法提供了新的思路和框架。(万)据