三维颗粒多孔介质中 CO$_2$ 的对流溶解：一项实验研究
流体动力学
2021-10-11 v1 地球物理
摘要
将 CO 地质封存于深部咸水层是一项通过降低大气中该温室气体浓度来缓解全球变暖的有前景的措施。当 CO 被注入地质构造中时，它部分溶解于间隙卤水中，从而使其比下方不含 CO 的卤水密度更大，这产生了对流不稳定性。由此产生的对流加速了 CO 通过溶解于卤水中的长期封存速率。该不稳定性及随之而来的对流已在达西尺度上被数值和理论方法深入讨论，但很少有实验研究对其进行了定量表征。通过使用折射率匹配和平面激光诱导荧光，我们首次测量了位于气体腔下方的三维多孔介质中对流溶解不稳定性的起始特征。我们的结果表明，当腔室内 CO 分压变化时，该不稳定性的量纲化增长率保持恒定，这与理论预测明显不符。此外，在所研究的 CO 分压范围内，测得的增长率比预测值大 1 至 3 个数量级。前缘的傅里叶谱非常宽，凸显了流动的多尺度性质。根据测量方法和 CO 分压的不同，平均波长比预测值小 1 至 3 倍。利用 Tilton 最近发展的理论模型（J.~Fluid Mech., 2018），我们证明我们的实验结果与由孔隙率波动对对流的强迫作用相一致。最后，我们讨论了多孔介质孔隙结构这种强迫作用对跨界面 CO 通量的可能影响，我们在实验中测得的通量比预期约高一个数量级。
引用
@article{arxiv.2110.03962,
title = {CO$_2$ convective dissolution in a 3-D granular porous medium: an experimental study},
author = {Christophe Brouzet and Yves Méheust and Patrice Meunier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.03962},
year = {2021}
}
备注
24 pages, 11 figures