Движение концентрационного фронта и адсорбция примеси при прокачке наножидкости через пористую среду - Демин, Виталий Анатольевич; Марышев, Борис Сергеевич; Меньшиков, Александр Игоревич (Вычислительная механика сплошных сред, 2020)
Выполнено прямое численное моделирование процесса фильтрации наножидкости через пористую среду. Изучено явление закупорки пор за счет адсорбции наночастиц на стенках каналов. Теоретическое исследование было инициировано необходимостью совершенствования технологического процесса пропитки сред порошкообразными веществами с заданными свойствами. Для описания такого фильтрационного процесса используется закон Дарси с учетом переменных пористости и проницаемости среды, которые связаны формулой Козени-Кармана. В модели учитывается нелинейный эффект обратной реакции на закупорку, заключающийся в том, что в еще большей степени уменьшается скорость фильтрации и, следовательно, усиливается адсорбция примеси в порах. На основе метода конечных разностей разработан алгоритм решения задачи, составлен программный код процесса проникновения суспензии в прямоугольный образец. Построены вычисленные поля скорости, давления, пористости, проницаемости, концентраций мобильной и иммобильной примесей, позволяющие полностью проследить динамику фильтрационного процесса. Данные расчетов подтвердили, что основным фактором, влияющим на форму течения и закупорку, является нелинейное взаимодействие потока наножидкости и пористого материала. Показано, что изменение распределения иммобильной примеси в пористой среде определяется динамикой концентрационного фронта, крутизна которого и скорость движения зависят от соотношения параметров задачи (характеристик процессов адсорбции-десорбции, значений проницаемости и коэффициента диффузии), а также от перепада давления на входе и выходе. Исходя из результатов решения задачи от начального момента времени и до полного заполнения пор - закупорки, для разных толщин насыщаемого слоя, полученных в рамках рассматриваемой модели, оценена длительность технологического процесса, которая, как оказалось, хорошо согласуется с экспериментальными данными по пропитке пористых материалов искусственного происхождения.