CONTACT BOUNDARY INSTABILITY GAS-LIQUID IN POROUS MEDIUM DURING FILTRATION WITHIN THE FRAMEWORK OF FORCHHEIMER’S LAW

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The spectral (linear) stability of the solution obtained when considering the problem of displacement of a liquid layer by a gas in a porous medium is studied using the generalized nonlinear Forchheimer filtration law by the method of normal modes . Dispersion relations describing the growth of perturbations of the liquid-gas surface were obtained. These relations determine the evolution of perturbations at the linear stage of their development depending on the wavelength of the perturbation, parameters of boundary conditions and assumptions about the law of gas motion. It is shown that the use of the generalized nonlinear Forchheimer filtration law instead of Darcy’s law does not eliminate the anomalous nature of the dependence of the perturbation growth rate on the perturbation wavelength. The growth rate of the perturbation amplitude at the linear stage grows unboundedly with decreasingwavelength.

About the authors

V. A. Shargatov

Mathematical Institute named after V.A. Steklov RAS, Russia (V.A. Steklov Mathematical Institute, Russian Academy of Sciences)

Email: shargatov@mail.ru
Moscow, Russia

P. I. Kozhurina

Mathematical Institute named after V.A. Steklov RAS, Russia (V.A. Steklov Mathematical Institute, Russian Academy of Sciences)

Email: polinakozhurina2020@gmail.com
Moscow, Russia

S. V. Gorkunov

Mathematical Institute named after V.A. Steklov RAS, Russia (V.A. Steklov Mathematical Institute, Russian Academy of Sciences)

Email: gorkunov.ser@mail.ru
Moscow, Russia

References

  1. Лапук Б.Б. Теоретические основы разработки месторождений природных газов. Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002.
  2. Tsypkin G., Il’ichev A. Gravitational stability of the interface in water over steam geothermal reservoirs // Transp. Porous Media. V. 55.№2 (2004). P. 183–199.
  3. Tsypkin G., Il’ichev A. Catastrophic transition to instability of evaporation front in a porous medium // Eur. J. Mech. B Fluids. V. 27.№6 (2008). P. 665–677.
  4. Shargatov V., Tsypkin G., Kozhurina P. Linear Stability of Filtration Flow of a Gas and Two Immiscible Liquids with Interfaces // Mathematics. V. 11.№21 (2023). P. 4476.
  5. Nemati A. Numerical analysis of viscous fingering instability due to miscible displacement // Prikl. Mekh. Tekhn. Fiz. 2020.№4.
  6. Shargatov V., Gorkunov S., Il’ichev A. Dynamics of front-like water evaporation phase transition interfaces // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. V. 67 (2019). P. 223–236.
  7. Shargatov V., Tsypkin G.G., Gorkunov S.V., Kozhurina P.I., Bogdanova Y.A. On the Short Wave Instability of the Liquid/Gas Contact Surface in Porous Media // Mathematics. V. 10.№17 (2022). P. 3177.
  8. Shargatov V.A. Dynamics and Stability of Air Bubbles in a Porous Medium // Computational Mathematics and Mathematical Physics. V. 58.№7 (2018). P. 1172–1187.
  9. Шевченко О.Н. Определение критических значений скоростей фильтрации в условиях нарушения закона Дарси // Успехи современной науки и образования. Т. 3.№2 (2016). С. 52–56.
  10. Brinkman H. A calculation of the viscous force exerted by a flowing fluid on a dense swarm of particles // Flow Turbulence and Combustion. V. 1 (1949). P. 27–34.
  11. Цыпкин Г., Шаргатов В. Линейная устойчивость фильтрационного течения с поверхностью раздела газ–нефть в рамках подхода Бринкмана // Изв. РАН. МЖГ. 2022.№3 (2022). С. 56–64.
  12. Форхгеймер Ф. Гидравлика. М.-Л.: ОНТИ, 1935.
  13. Фенчер Д., Льюис Д., Берне К. Физические испытания пород нефтяных и газовых пластов и их свойства. .Инотехника.. 1935.№105.
  14. Минский Е.М. О турбулентной фильтрации в пористых средах. Тр. Всес. НИИ природных газов .Вопросы добычи, транспорта и переработки природных газов.. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1951. С. 64–71.
  15. Минский Е.М. Статистическое обоснование уравнений фильтрационного движения // Докл. АН СССР. 1958. Т. 118.№2. С. 252–258.
  16. Schneebeli G. Experiences Sur la Limite de Validite de la Loi de Darcy et L’apparition de la Turbulence Dans un Ecoulement de Filtration. La Houille Blanche. 1955. V. 41.№2. P. 141–149.
  17. Lyubimova T.P., Lyubimov D.V., Baydina D.T., Kolchanova E.A., Tsiberkin K.B. Instability of plane-parallel flow of incompressible liquid over a saturated porous medium // Phys. Rev. E. 2016. V. 94.№1.
  18. Majdabadi Farahani S., Chiapponi L., Longo S., Di Federico V. Darcy–Forchheimer gravity currents in porous media // J. Fluid Mech. 2024. V. 1000.№A89.
  19. Lenci A., Zeighami F., Di Federico V. Effective Forchheimer coefficient for layered porous media // Transp. Porous Media. 2022. V. 144.№2 (2022). P. 459–480.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».