Opis projektu
Projekt FLOWSCOPY: Rozwój badań dynamiki płynów w ośrodkach porowatych za pomocą anemometrii rentgenowskiej 3D
Dynamika płynów w materiałach porowatych stanowi trudny obszar badań ze względu na złożone interakcje w skali mikro, których nie odzwierciedlają tradycyjne modele. Ze względu na nieprzezroczystość optyczną materiałów, poznanie tej dynamiki, która jest kluczowa w procesach takich jak przepływ wód gruntowych i działanie ogniw paliwowych, było dotychczas ograniczone. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu FLOWSCOPY opracuje innowacyjną technikę anemometrii rentgenowskiej 3D, umożliwiając lepsze poznanie dynamiki płynów w porowatych materiałach. Metoda ta umożliwia śledzenie cząsteczek znaczników w celu umożliwienia obserwacji ruchu płynu w mikroskali w nieprzezroczystych materiałach, zwiększając szybkość i szczegółowość obrazowania w wielu skalach, od nanometrów do centymetrów. Główne zastosowania tej metody obejmują badanie oddziaływań płynów w formacjach geologicznych i analizy możliwości wykorzystania płynów lepkosprężystych do oczyszczania środowiska. Zespół projektu FLOWSCOPY opracuje technologie, które znajdą zastosowanie w wielu dziedzinach nauki – od geologii i nauk o środowisku po obrazowanie medyczne i budownictwo.
Cel
Models of fluid flows in porous materials commonly fall short because they fail to capture the effects of the puzzling underlying microscopic dynamics. These flows are very common: examples range from groundwater flow and H2 storage in underground rocks to water discharge in fuel cells. The fluctuating, microscopic dynamics are poorly understood because they have so far been inaccessible in the 3D labyrinths formed by pore geometries, hampered by the optical opacity of the materials. In FLOWSCOPY, I will cause a paradigm shift by resolving this inaccessibility, enabling the measurement of unsteady 3D flows inside opaque porous materials. First, I will enable the inspection of flow fields in all their µm-scale complexity by creating a method that tracks tracer particles flowing through the pores with 3D X-ray imaging. To achieve the required millisecond imaging times - up to 3 orders of magnitude faster than my state-of-the-art preliminary results – the new approach will retrieve tracer locations in each of the many radiographs that conventionally make up a single tomographic time frame. Then, I will untangle the upscaling problem, building the first method that can measure flow maps averaged on a sliding scale from nano- to centimetres. Finally, I will apply the methods’ transformative capabilities to two pertinent problems in arguably some of the most complex porous media: geological materials. First, I will investigate how two fluids, such as water and H2, displace each other in porous rocks, lifting the veil on capillary fluctuations that deviate from current models. Second, I will unriddle flows of viscoelastic fluids, such as those to clean up polluted sediments, which exhibit a poorly understood transition from steady to chaotic dynamics. Beyond this, the new techniques will be applicable to a wide range of natural and engineered microstructures, from arteries to building materials.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
9000 Gent
Belgia