Thermoporoelastic Modelling of Deep Aquifer Injection and Pumping by Mixed Finite Elements and Finite Volumes

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell'ambito dello studio della meccanica dei mezzi porosi ed ha avuto come oggetto principale lo sviluppo di un modello termo-poro-elastico per la simulazione di processi di iniezione/pompaggio in formazioni geologiche. E' stato implementato un modello non-lineare per lo studio del flusso di massa accoppiato al trasferimento di calore utilizzando Elementi Finiti Misti Ibridi (MHFE) e Volumi Finiti (FV). In particolare, nel caso dell'equazione di flusso del fluido, l'uso degli Elementi Finiti Misti Ibridi garantisce la proprietà di conservazione della massa, assicurando così un campo di velocità accurato. Nel caso dell'equazione di trasporto è stata adottata una tecnica time-splitting andando a risolvere separatamente il termine convettivo con uno schema ai FV, e quello diffusivo con il metodo degli MHFE. Il codice sviluppato è in grado di riprodurre fenomeni caratterizzati da fronti di temperatura molto marcati, senza introdurre oscillazioni spurie nella soluzione numerica, e non richiede l'impiego di griglie di calcolo estremamente raffinate al fine di assicurare un'adeguata accuratezza. E' stato sviluppato inoltre un modello 3D per lo studio accoppiato di problemi di flusso e deformazione sfruttando l'uso combinato di Elementi Finiti Misti (MFE) e di Elementi Finiti (FE) nella discretizzazione, rispettivamente, dell'equazione di flusso e di equilibrio strutturale. L'impiego di MFE è stato scelto in modo da limitare le oscillazioni numeriche della soluzione che caratterizzano il problema di flusso-deformazione in regioni con forti contrasti di permeabilità. Il sistema lineare che scaturisce dalla discretizzazione delle equazioni di bilancio è stato risolto implementando una tecnica iterativa ad hoc basata sui gradienti coniugati precondizionati. I modelli proposti sono stati testati su alcuni problemi di letteratura e applicati, con successo, a casi di interesse ingegneristico.