La dinamica dei flussi complessi in mezzi porosi
I flussi di acqua che scorrono all'interno di un acquedotto rappresentano un fenomeno di trasporto relativamente semplice e ben descritto da equazioni matematiche e leggi fisiche. Creare modelli perfezionati di sistemi su fenomeni di flussi complessi di sostanze che scorrono in più di una fase in materiali porosi rappresenta un compito estremamente complicato. Tale attività si rivela tuttavia determinante per numerosissime applicazioni, tra cui il risanamento del suolo, il recupero del petrolio e il sequestro di biossido di carbonio (CO2). Gli scienziati hanno avviato il progetto REAL PORE FLOWS, finanziato dall'UE, allo scopo di sviluppare modelli di fenomeni di trasporto alla scala dei pori per due specifici casi, ovvero l'evaporazione isotermica degli idrocarburi volatili (composti organici volatili (COV)) a partire da mezzi porosi e la dinamica dei flussi non miscibili di liquidi in fase non acquosa (NAPL). Mentre i primi si trovano nel gas naturale e nel petrolio grezzo, i secondi rappresentano comuni contaminanti liquidi dell'acqua. In tale contesto, è necessario elaborare una descrizione dettagliata dell'evaporazione isotermica dei COV durante l'essiccazione che spieghi vari fattori, tra cui i modelli di distribuzione delle fasi dei liquidi e dei gas alla rinfusa, nonché le pellicole liquide che si formano sulle pareti dei pori una volta trascorsa la fase dei gas alla rinfusa. Le osservazioni e le misurazioni sperimentali hanno consentito agli scienziati di delineare tre regioni distinte dello spazio di essiccazione che hanno dato vita a un modello di rete di pori in grado di coprire i principali meccanismi di trasporto all'interno del mezzo poroso, compresa la diffusione sulla superficie esterna. Nel caso dei liquidi in fase non acquosa, i ricercatori hanno creato un modello di spostamento non miscibile (movimento simultaneo dell'altro liquido e dell'acqua) all'interno di un mezzo poroso. La modellizzazione del NAPL consiste nella formazione di gocce che scorrono sotto l'azione combinata di forze capillari, viscose e gravitazionali. In condizioni diverse, il processo presenta un'alternanza di fusione e rottura delle gocce. Gli scienziati hanno individuato tre regimi di flusso, il cui modello ha dimostrato di possedere un buon livello di coerenza con i recenti lavori teorici e sperimentali. Il progetto REAL PORE FLOWS ha apportato un enorme contributo alla creazione di modelli complessi e accurati su media scala del flusso di fluidi non miscibili in mezzi porosi. Ciò ha implicazioni dirette su numerose applicazioni ambientali ed energetiche. Le descrizioni dettagliate di tali strumenti dovrebbero contribuire alla risoluzione di problemi e di sfide importanti in vari ambiti.
