Нелинейные сорбционные эффекты при прокачке наножидкости через пористую среду

Виталий Анатольевич Демин (Vitaliy A. Demin), Борис Сергеевич Марышев (Boris S. Maryshev), Александр Игоревич Меньшиков (Alexander I. Menshikov)

Аннотация


На основе результатов численного моделирования проведен анализ процесса фильтрации наножидкости с размерами частиц менее 100 нм через пористую среду. Теоретическое описание фильтрационного процесса основано на MIM модели и законе Дарси, которые были модифицированы с учетом обратной нелинейной связи между сорбционными свойствами материала и поровой скоростью. Обсуждается новый параметр, характеризующий данную нелинейность, который фактически представляет собой критическую скорость отрыва частиц от стенок пор. По мере пропитки материала наночастицами происходит изменение проницаемости и пористости среды, которые связаны друг с другом формулой Козени – Кармана. Дополнительная нелинейность в уравнениях позволяет феноменологически учесть эффект, согласно которому закупорка в еще большей степени приводит к уменьшению скорости фильтрации, что вызывает усиление адсорбции примеси. Показано, что варьирование критической скорости отрыва значительно влияет на динамику распределения мобильной и иммобильной примеси в пористом материале.


Ключевые слова


пористая среда; прокачка наножидкости; процессы адсорбции и десорбции; критическая скорость отрыва

Полный текст:

PDF

Литература


Valdes J. R., Santamarina J. C. Particle clogging in radial flow: microscale mechanisms, SPE Journal, 2006, vol. 11 (2), pp. 193–198.

Devereux O. F., de Bruyn P. L. Interaction of plane-parallel double layers, Cambridge, MA: MIT Press, 1963, 361 p.

Elimelech M., Gregory J., Jia X., Williams R. A. Particle deposition and aggregation. Measurement, modelling and simulation. Woburn: Butterworth-Heinemann, 1995, pp. 43-46.

Klimenko L. S., Maryshev B. S. Numerical simulation of microchannel blockage by the random walk method. Chemical Engineering Journal, 2020, vol. 381, 122644. DOI: 10.1016/j.cej.2019.122644.

Demin V. A., Maryshev B. S., Menshikov A. I. The motion of the concentration front and adsorption of impurity during pumping of a nanofluid through a porous medium. Computational mechanics of continuous media, 2020, vol. 13, no. 1, pp. 83–97. DOI: 10.7242/1999-6691/2020.13.1.7

Gruesbeck C., Collins R. E. Entrainment and deposition of fine particles in porous media. SPE Journal, 1982, vol. 22 (6), pp. 847–856.

Deans H. A. A mathematical model for dispersion in the direction of flow in porous media. SPE Journal, 1963, vol. 3, pp. 49–52.

Maryshev B. S. On the horizontal pressure filtration of the mixture through a porous medium with clogging. Bulletin of Perm University. Physics, 2016, no. 3 (34), pp. 12–21. DOI: 10.17072/1994-3598-2016-3-12-21.

Nield D. A., Bejan A. Convection in porous media. New York: Springer. 2006, 654 p.

Ferziger J. H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. New York: Springer, 2002, 423 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2020-4-09-16

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).