碳捕集与封存CCS数值模拟
CCS通过碳捕集技术，将工业和有关能源产业产生的CO2分离出来，然后采用碳储存手段，将其输送到地下或海底等与大气隔绝的地方进行封存。从而阻止或者显著减少温室气体的排放，以减轻对地球气候的影响，CCS被认为是目前最有效的措施。
图1 二氧化碳输运
使用二氧化碳驱油以提高采收率是石油工业已经应用了几十年的成熟技术，特别是近年来，应用EOR技术在非常规和高难度的油藏中的开发逐渐变得经济可行。二氧化碳捕集、埋存和提高采收率技术相结合（CCS-EOR）可实现石油增产和CCS成本降低的双重目的，被认为是加快CCS技术部署的双赢解决方案。
图2 CO2驱油示意图
图3 蓝色代表注入的CO2，棕色代表石油
二氧化碳进行深层地下储存时，需要考虑储存地点的安全性，同时还需考虑随着时间的推移，封存在地下的CO2是否会通过地下层（多孔结构）或注入井再返回到地面。在选择合适的CCS地点时，预测其二氧化碳储存潜力，估算被捕获流体的数量至关重要。因此，必须对二氧化碳的运输、捕获、溶解和储存条件下的化学过程有充分、科学的理解。模拟计算方法可以再现这一过程。目前，计算模型借助于孔隙尺度直接数值模拟（DNS）方法，该方法既可以考虑多孔介质的非均匀性，也能在孔隙尺度上解决微边界层问题。
对于计算流体仿真软件VirtualFlow，孔隙尺度DNS的实现基于两种方法：
■ 一种为岩石孔隙的浸入界面技术(IST)；
■ 一种为砂土类型的颗粒方法。
IST的主要优点是可以避免对孔结构进行网格划分(用光滑函数来描述孔结构，并且可以直接解决耦合传热问题)。
图4为VirtualFlow计算模拟流体通过多孔介质时的流场分布情况。
速度分布
压力分布
图4 流体流过颗粒状多孔介质的流场分布
图5 流体流过颗粒状多孔介质的流场分布
多孔介质中多相、多组分流动
在20mm×10mm的二维区域内，采用50×100的笛卡尔网格对其进行离散；
水从定义域的左上角以0.01 m/s的速度垂直流动，从右边界离开定义域，所有其它边界都定义为不透水壁面；
对于CO2和CH4，气相的初始化体积分数分别为0.99和0.01。
液相最初只由H2O组成。
气液界面模型不考虑相变；
气相组分根据亨利定律(气体的溶解度与其分压成正比)溶解到液体中；
利用level-set技术将气相和液相分离；
液相通过求解每个组分的输运方程来处理。
多孔介质是由随机的立方体障碍物组成的特殊结构，类似柱面阵列。
图6 多孔介质的多相、多组分流动
图7 复杂岩层多相流动
