Bifurcations and stability of phase transition fronts in geothermal reservoirs

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The stability of a layer of water above a layer of vapor, separated by a boiling or condensation surface, in a geothermal reservoir is considered. In an unperturbed state in lowpermeability rocks, there is one interface, which can be either a water boiling surface or a vapor condensation surface. At relatively large permeability values, two new solutions can be formed, corresponding to other positions of the interface. The conditions for the existence and merging of stationary solutions depending on the parameters of the physical system are studied numerically. The stability of stationary positions of interfaces was studied using the normal mode method. It was found that the transition to instability precedes bifurcations of solutions and can occur both at finite and infinite wave numbers.

About the authors

G. G. Tsypkin

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS

Author for correspondence.
Email: tsypkin@ipmnet.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. White D.E., Muffler L.J.P., Truesdell A.H. Vapor-dominated hydrothermal systems compared with hot water systems // Econ. Geol. 1971. V. 66. P. 75–97.
  2. Grant M.A. Geothermal reservoir modeling // Geothermics. 1983. V. 12. No 4. P. 251–263.
  3. Igwe Ch.I. Geothermal Energy: A Review // Int. J. Eng. Res. and Technol. 2021. V. 10 No 3. P. 655–661.
  4. Olasolo P., Juarez M.C., Morales M.P., et al. Enhanced geothermal systems (EGS: A review) // Renew. Sustain. Energy Rev. 2016. V.56. P. 133-–144.
  5. Chandrasekhar S. Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability. Oxford University Press. New York. 1967.
  6. Schubert G., Straus J.M. Gravitational stability of water over steam in vapor-dominated geothermal system // J. Geoph. Res. 1980. V. 85. No B11. P. 6505–6512.
  7. Tsypkin G., Il’ichev A. Gravitational stability of the interface in water over steam geothermal reservoirs // Transp. Porous Media. 2004. V. 55. No 2. P. 183–199.
  8. Ильичев А.Т., Цыпкин Г.Г. Влияние конвективного переноса энергии на устойчивость слоя воды над слоем пара в геотермальных системах // Докл. РАН. 2011. Т. 437. № 4. С. 480–484.
  9. Ramesh P.S., Torrance K.E. Stability of boiling in porous media // Int. J. Heat Mass Transfer. 1990. V. 33. No 9. P. 1895–1908.
  10. McGuiness M.J. Steady solution selection and existence in geothermal heat pipes – I. The convective case // Int. J. Heat Mass Transfer. 1996. V. 39. No 2. P. 259–274.
  11. Pestov I. Stability of vapour–liquid counterflow in porous media // J. Fluid Mech. 1998. V. 364. P. 273–295.
  12. Amili P., Yortsos Y.C. Stability of heat pipes in vapor–dominated systems // Int. J. Heat Mass Transfer. 2004. V. 47. No 6–7. P. 1233–1246.
  13. O’Sullivan M.J. Geothermal reservoir simulation // Int. J. Energy Res., 1985. V. 9. P. 319–332.
  14. Lide D.R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (82nd edn). 2001. CRC.
  15. Соболева Е.Б. Влияние конечных возмущений плотности на развитие неустойчивости Рэлея–Тейлора в пористой среде // ТМФ. 2022. Т. 211. № 2. С. 333–346.
  16. Il’ichev A.T., Tsypkin G.G. Stability of the interface in a porous medium in the framework of Darcy’s and Brinkman’s approximations // Transp. Porous Media. 2023. V.148. P. 317–333.
  17. Malkovsky V.I., Magri F. Thermal convection of temperature-dependent viscous fluids within three-dimensional faulted geothermal systems: Estimation from linear and numerical analyses // Water Res. Research. 2016. V.52. P. 2855–2867.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 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».