Projektbeschreibung
Grundlagenforschung zur Kopplung von Strömung, Transport und Verformung in weichen porösen Medien
Viele Materialien in Natur, Industrie und Haushalt haben eine weiche, poröse, feuchte Konsistenz, z. B. Erdböden oder Kontaktlinsen, aber auch Knorpelgewebe. Genaue Modelle solcher Materialien zu erstellen, ist für die Forschung vor allem deshalb schwierig, weil die Form des porösen Grundkörpers an die Flüssigkeitsbewegung im Porenraum gekoppelt ist. Ein entscheidender Aspekt ist hier die Bildung von Gasblasen und der Transport gelöster Stoffe. Forschungen zu dieser Kopplung sind für vielfältigste Anwendungen maßgeblich, etwa die Papierherstellung oder die Wirkstoffabgabe im Körper. Das EU-finanzierte Projekt DEFTPORE wird klassische Strömungsprobleme an einer Reihe weicher Materialien untersuchen und dabei auf zahlreiche vorliegende Daten über starre, poröse Medien zurückgreifen. Ziel sind Analysen des Strömungs-, Transport- und Verformungsverhaltens bei weichen, porösen Medien.
Ziel
Fluid flows through soft porous media are ubiquitous across nature and industry, from methane bubbles rising through lakebed and seabed sediments to nutrient transport in living cells and tissues to the manufacturing of paper products and many composites. Despite their ubiquity, flow and transport in these systems remain at the frontier of our ability to measure and model. A defining feature of soft porous media is that they can experience deformations that transform the pore structure. This has profound implications for the transport and mixing of solutes and the simultaneous flow of multiple fluid phases, both of which are strongly coupled to the pore structure. The goal of this project is to shed new light on flow and transport in soft porous media by studying a series of three canonical flow problems (tracer transport, miscible viscous fingering, and two-phase flow) across soft adaptations of three classical model systems (a soft-walled Hele Shaw cell, a quasi-2D packing of soft beads, and a cylindrical 3D “core” of soft beads). These flow problems and model systems have been thoroughly studied in the context of stiff porous media, allowing us to leverage decades of previous work and focus exclusively on the new behaviour introduced by “softness”. We will collect an extensive set of new, high-resolution experimental observations in each of these model systems, and we will reconcile these observations with mathematical models based on the traditional approach of upscaled constitutive functions. By updating this traditional approach to account for deformation, we will provide a new, pragmatic class of continuum models that capture the leading-order features of flow and transport in soft porous media. Our results will jumpstart the field of flow and transport in soft porous media, breaking open a vast new realm of research questions and applications around understanding, predicting, and controlling these complex systems.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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