This paper presents a mixed finite element framework for coupled hydro-mechanical-chemical processes in heterogeneous porous media. The framework combines two types of locally conservative discretization schemes: (1) an enriched Galerkin method for reactive flow, and (2) a three-field mixed finite element method for coupled fluid flow and solid deformation. This combination ensures local mass conservation, which is critical to flow and transport in heterogeneous porous media, with a relatively affordable computational cost. A particular class of the framework is constructed for calcite precipitation/dissolution reactions, incorporating their nonlinear effects on the fluid viscosity and solid deformation. Linearization schemes and algorithms for solving the nonlinear algebraic system are also presented. Through numerical examples of various complexity, we demonstrate that the proposed framework is a robust and efficient computational method for simulation of reactive flow and transport in deformable porous media, even when the material properties are strongly heterogeneous and anisotropic.


翻译:本文介绍了多种多孔介质中混合水力机械化学过程的混合有限要素框架,其中结合了两种当地保守的离散办法:(1) 反应性流动的富集加列尔金法,(2) 混合液流和固态变形的三场混合要素法,这一组合确保了当地大众保护,这对于多孔化介质的流动和运输至关重要,并具有相对可承受的计算成本。框架的一个特定类别是针对钙化降水/分解反应构建的,其中包括其对液体粘度和固态变形的非线性影响。还介绍了解决非线性代谢系统线化办法和算法。通过各种复杂数字实例,我们证明拟议的框架是模拟反应性流动和运输的强大和高效的计算方法,在可变多孔化介质的介质中,即使物质特性非常多样化和厌异。

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