Złożona dynamika przepływów w materiałach porowatych
Woda płynąca akweduktem to stosunkowo proste zjawisko transportowe, dające się dobrze opisać równaniami matematycznymi i prawami fizyki. Natomiast opracowanie dokładnych modeli zjawisk przepływu złożonego w substancjach w więcej niż jednym stanie fazowym, przez materiały porowate, jest zadaniem niezwykle skomplikowanym. Jest ono jednak bardzo istotne dla wielu różnych zastosowań, takich jak remediacja gleby, usuwanie ropy naftowej czy sekwestracja dwutlenku węgla (CO2). Naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt REAL PORE FLOWS, aby stworzyć modele transportu w skali porów dla dwóch przypadków. Badano izotermiczne odparowywanie lotnych węglowodorów (lotnych związków organicznych – VOC) z materiałów porowatych, a także dynamikę przepływu niemieszalnych cieczy w fazie niewodnej (NAPL). VOC znajdują się w gazie ziemnym i ropie naftowej, a NAPL należy do często występujących zanieczyszczeń wód. Dokładny opis izotermicznego odparowywania VOC podczas schnięcia musi uwzględniać szereg czynników. Chodzi tu między innymi o wzorce rozmieszczenia materiałów w fazie ciekłej i gazowej oraz o ciekłe warstwy tworzące się na ściankach porów przy przejściu fazy gazowej. Obserwacje i pomiary doświadczalne pozwoliły naukowcom na wyznaczenie trzech odrębnych regionów wysychającej przestrzeni. W ten sposób uzyskano model sieci porów, uwzględniający wszystkie główne mechanizmy transportowe w obrębie materiału porowatego, w tym dyfuzję na powierzchni zewnętrznej. W przypadku NAPL naukowcy opracowali model wypierania cieczy niemieszających się (jednoczesnego ruchu drugiej cieczy i wody) poprzez materiał porowaty. Do modelowania NAPL wykorzystuje się kropelki przepływające pod wpływem połączonego działania sił kapilarnych, lepkich i grawitacyjnych. W różnych warunkach procesem kieruje łączenie się i rozdzielanie kropelek. Naukowcy zidentyfikowali trzy reżimy przepływu, a odpowiadający im model potwierdził zadowalającą zgodność z najnowszymi pracami doświadczalnymi i teoretycznymi. W ramach projektu REAL PORE FLOWS powstały złożone i precyzyjne średnioskalowe modele przepływu cieczy niemieszalnych w materiałach porowatych. Mogą one znaleźć bezpośrednie zastosowanie w licznych dziedzinach środowiskowych i energetycznych. Tak szczegółowe opisy pomogą w rozwiązaniu wielu istotnych problemów.
