Application of meshless generalized finite difference method (GFDM) in single-phase coupled heat and mass transfer problem in three-dimensional porous media

物理 多孔介质 传热 有限差分法 传质 无网格法 多孔性 有限差分 相(物质) 机械 数学分析 热力学 有限元法 复合材料 量子力学 数学 材料科学
作者
Qiao-lian ZHANG,Wentao Zhan,Yuyang Liu,Hui Zhao,Kangning Xu,Xiang Rao
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (7) 被引量:8
标识
DOI:10.1063/5.0211014
摘要

This paper achieves effective and precise meshless modeling of three-dimensional (3D) single-phase coupled heat and mass transfer problems based on the generalized finite difference method (GFDM). It utilizes the Taylor formula and the weighted least squares method in the node influence domains to derive a generalized finite difference scheme for spatial derivatives of pressure and temperature. Consequently, a sequential coupled discrete scheme for the pressure diffusion equation and heat convection–conduction equation is formulated, resulting in the determination of pressure and temperature. An example conducts sensitivity analysis with different schemes of node collocation and different radius of influence domains. The calculation results demonstrate that this method exhibits good convergence. Two 3D model examples with regular and irregular boundaries illustrate the advantages of the GFDM in handling complex geometric problems within the computational domain, showcasing its superior flexibility and simplicity. This paper demonstrates the significant potential of GFDM in addressing complex geometric multi-physics field coupling challenges, offering innovative ideas for geothermal resource development, groundwater management, and thermal recovery in oil and gas reservoirs.
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