Multiscale and Multiphysics Flow Simulations of Using the Boltzmann Equation: Applications to Porous Media and MEMS

این کتاب مقدمه ای جامع بر نظریه جنبشی برای توصیف مشکلات جریان از مقیاس مولکولی، مقیاس هیدرودینامیکی تا مقیاس دارسی ارائه می دهد. نویسنده الگوریتم‌های عددی مختلفی را برای حل معادله مشابه بولتزمن برای کاربردهای مختلف در مقیاس‌های مختلف ارائه می‌کند، که در آن مکانیسم‌های انتقال غالب ممکن است متفاوت باشد.

این کتاب مقدمه‌ای مختصر بر معادله بولتزمن از جنبشی ارائه می‌کند. نظریه ای که بر اساس آن روش های مختلف شبیه سازی که به طور مستقل برای حل مسائل حوزه های مختلف توسعه یافته اند، می توانند به طور طبیعی به یکدیگر مرتبط شوند. سپس مزایا و معایب روش های مختلف با اشاره به یکدیگر مورد بحث قرار می گیرد. این به طور عمده چهار روش شبیه‌سازی پیشرفته مبتنی بر معادله بولتزمن (یعنی شبیه‌سازی مستقیم روش مونت کارلو، روش شبیه‌سازی مستقیم BGK، روش سرعت گسسته و روش بولتزمن شبکه) و کاربردهای آنها را با نتایج دقیق پوشش می‌دهد. به طور خاص، شبیه‌سازی‌های زیادی برای نشان دادن کاربردها برای مخازن معمولی و غیرمتعارف گنجانده شده‌اند.

با توسعه CT با وضوح بالا و امکانات محاسباتی با کارایی بالا، مطالعه فیزیک سنگ دیجیتال برای درک مکانیسم های بهبود یافته بازیافت نفت و گاز اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. روش‌های پیشرفته‌ای که در اینجا ارائه می‌شوند، کاربردهای گسترده‌ای در مهندسی نفت و همچنین مهندسی مکانیک دارند، که آنها را مورد توجه محققان، متخصصان و دانشجویان فارغ‌التحصیل قرار می‌دهد. در عین حال، مربیان می توانند از کدهای انتهای کتاب برای کمک به دانش آموزان خود برای پیاده سازی فناوری پیشرفته در حل مشکلات واقعی صنعتی استفاده کنند.

This book provides a comprehensive introduction to the kinetic theory for describing flow problems from molecular scale, hydrodynamic scale, to Darcy scale. The author presents various numerical algorithms to solve the same Boltzmann-like equation for different applications of different scales, in which the dominant transport mechanisms may differ.

This book presents a concise introduction to the Boltzmann equation of the kinetic theory, based on which different simulation methods that were independently developed for solving problems of different fields can be naturally related to each other. Then, the advantages and disadvantages of different methods will be discussed with reference to each other. It mainly covers four advanced simulation methods based on the Boltzmann equation (i.e., direct simulation Monte Carlo method, direct simulation BGK method, discrete velocity method, and lattice Boltzmann method) and their applications with detailed results. In particular, many simulations are included to demonstrate the applications for both conventional and unconventional reservoirs.

With the development of high-resolution CT and high-performance computing facilities, the study of digital rock physics is becoming increasingly important for understanding the mechanisms of enhanced oil and gas recovery. The advanced methods presented here have broad applications in petroleum engineering as well as mechanical engineering , making them of interest to researchers, professionals, and graduate students alike. At the same time, instructors can use the codes at the end of the book to help their students implement the advanced technology in solving real industrial problems.