Моделирование процесса иммобилизации примеси с помощью метода случайных блужданий
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2016-1-25-32Аннотация
Работа посвящена разработке макроскопической модели, описывающей процессы осаждения примеси и закупорку пор для произвольных значений концентрации примеси. Основной и самой распространенной причиной засорения фильтров является сорбция частиц примеси стенками пор или «физическая сорбция». В настоящей работе исследована задача о дрейфе твердых не взаимодействующих между собой частиц в капилляре. Между входом и выходом из капилляра задан постоянный перепад давления. В начальный момент времени внутри канала возникает течение Пуазейля. Расположение частиц на входе в капилляр задается случайным образом по времени и пространству. Учет взаимодействия частиц с потоком производится в приближении Стокса. Кроме этого, в модели учтены случайные столкновения, вызванные диффузией. Задача решена численно в рамках модели случайных блужданий. Получена эволюция течения жидкости в поре при ее закупорке: поля функции тока, давления и завихренности. Определены зависимости скорости оседания частиц от скорости потока и начальной концентрации частиц в потоке. Исследована зависимость расхода через поперечное сечение поры от концентрации осевших частиц. Произведены оценки времени закупорки канала.Поступила в редакцию 02.02.2016; принята к опубликованию 19.02.2016Библиографические ссылки
Chaplin J. B. F., Eichholz G. C. Fixation and remobilization of trace contaminants in simulated subsurface aquifer. Health Physics, 1976, vol. 30, pp. 215–219.
Robertson W. D., Barker J. E., LeBeau Y., Marcoux S. Contamination of an unconfined sand aquifer by waste pulp liquor: a case study. Groundwater, 1984, vol. 22, pp. 191–197.
Gschwend pp. M., Reynolds M. D. Monodisperse ferrous phosphate colloids in an anoxic groundwater plume. Journal of Contaminant Hydrology, 1987, vol. 1, no. 3, pp. 309–327.
Viiten A. J. A., Yaron B., Nye pp. H. Vertical transport of pesticides into soil when adsorbed on suspended particles. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1983, vol. 31, pp. 662–664.
Buddemeier R. W., Hunt J. R. Transport of colloidal contaminants in ground water: radionuclide migration at the Nevada test site. Applied Geochemistry, 1988, vol. 3, pp. 535–548.
Bates J. K., Bradley J. P., Teetsov A., Bradley C. R., Buchholtz ten Brink M. Colloid formation during waste form reaction: implications for nuclear waste disposal. Science, 1992, vol. 256, pp. 649–651.
Bengtsson G., Enfeld C. G,Lindqvist R. Macro-molecules facilitate the transport of trace organics. Science of the Total Environment, 1987, vol. 67, pp. 159–164.
Enfield C. G., Bengtsson G. Macromolecular transport of hydrophobic contaminants in aqueous environments. Ground Water, 1988, vol. 26, pp. 64–70.
Song L., Elimelech M. Dynamics of colloid deposition in porous media: Modeling the role of retained particles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 1993, vol. 73, pp. 49–63.
Miguel A. F., Reis A. H.. Transport and deposition of fine mode particles in porous filters. Journal of. Porous Media, 2006, vol. 8, pp. 731–744.
Fallah H., Fathi H. B., Mohammadi H. The mathematical model for particle suspension flow through porous medium. Geomaterials, 2012, vol. 2, pp. 57–62
Tsypkin G. G. Effect of the capillary forces on the moisture saturation distribution during the thawing of a frozen soil, Fluid Dynamics, 2010, vol. 45, no. 6, pp. 942–951.
Tsypkin G. G. Two-valued solutions in the problem of salt precipitation during groundwater evaporation, Fluid Dynamics, 2005, vol. 40, no. 4, pp. 593–599.
Frey J. M., Schmitz P., Dufreche J., Pinheiro I. G. Particle deposition in porous media: analysis of hydrodynamic and weak inertial effects. Transport in porous media, 1999, vol. 37, pp. 25–54.
Mays D. C., Hunt J. R. Hydrodynamic aspects of particle clogging in porous media. Environmental science and technology, 2005, vol. 39 (2), pp. 577–584.
Valdes J. R., Santamarina J. C. Particle clogging in radial flow: microscale mechanisms. SPE Journal, 2006, vol. 11 (2), pp. 193–198
Wyss M., Blair D. L., Morris J. F., Stone H. A., Weitz D. A. Mechanism for clogging of micro-channels. Physical Review E, 2006, vol. 74, 061402.
Nikiforov A. I., Sadovnikov R. V., Nikiforov G. A. About transport of dispersed particles by a two-phase filtration flow. Computational continuum mechanics, 2013, vol. 6, no. 1, pp. 47–53.
Derjaguin B. V., Landau L. D. Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solutions of electrolytes. Acta Physicochimica USSR, 1941, vol. 14, pp. 733–762.
Venvey E. J. W.,Overbeek J. Th. G. Theory of the Stability of Lyophobic Colloids, Mineola, NY: Dover Publications, 1999, 218 p.
Hamaker H. C. The London-van der Waals attraction between spherical particles. Physica, 1937, vol. 4, no. 10, pp. 1058–1072.
Lifshitz E. M. Theory of molecular attractive forces. Soviet Physics JETP, 1956, vol. 2, pp. 73–83.
Elimelech M., Gregory J., Jia X., Williams R. A. Particle deposition and aggregation. Measurement, modelling and simulation. Woburn: Butterworth-Heinemann, 1995. 458 p.
Hough D. B., White L. R. The calculation of Hamaker constants from Lifshitz theory with applications to wetting phenomena. Advances in Colloid and Interface Science, 1980, vol. 14, pp. 3–41.
Prieve D. C., Russel W. B. Simplified predictions of Hamaker constants for Lifshitz theory. Journal of Colloid and Interface Science, 1988, vol. 125, pp. 1–13.
Gregory J. The calculation of Hamaker constants. Advances in Colloid and Interface Science, 1969, vol. 2, pp. 396–417.
Gregory J., O'Melia C. R. Fundamentals of flocculation. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 1989, vol. 19, no. 3, pp. 185–230.
Visser J. The concept of negative Hamaker coefficients. Part 1. History and present status. Advances in Colloid and Interface Science, 1981, vol. 15, pp. 157–169.
Agbangla G. C., Climent E, Bacchin P. Numerical investigation of channel blockage by flowing microparticles. Computers and Fluids, 2014, vol. 94, pp. 69–83.
Muskat M. The Flow of homogeneous fluids through porous media, New York: McGraw-Hill, 1937. 763 p.
Kozeny J. Über kapillare Leitung des Wassers im Boden. Akademie der Wissenschaften in Wien, Sitzungsberichte, 1927, vol. 136, pp. 271–306.
Gomez C. T., Dvorkin J., Vanorio T. Laboratory measurements of porosity, permeability, resistivity, and velocity on Fontainebleau sandstones. Geophysics, 2010, vol. 75 (6), pp. E191–E204.
Duda A., Koza Z., Matyka M. Hydraulic tortuosity in arbitrary porous media flow. Physical Review E, 2011, vol. 84, 036319.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
