二氧化碳在竖直圆柱池中的扩散与对流溶解

二氧化碳气体向液体屏障中的溶解及随后的质量传递在许多环境和工业应用中起着至关重要的作用。在这项工作中，我们通过实验和直接数值模拟，研究了CO2在受限于窄竖直玻璃圆柱内的竖直水屏障中的向下溶解与传播动力学。最初，CO2的溶解在顶部气液界面处形成一层富含CO2的水层，该水层比纯水密度更大。CO2在水屏障中持续溶解导致该层发生重力失稳，从而引发浮力驱动对流的出现，并随之脱落出浮力羽流。通过添加钠荧光素（一种pH敏感荧光团），我们直接可视化了CO2在液体屏障中的溶解与传播。对CO2前缘传播随时间进行追踪，发现了两种不同的输运机制：纯扩散机制和增强扩散机制。利用直接数值模拟，我们能够通过厘清扩散和对流对CO2前缘传播的贡献，成功解释这两种输运机制在该横向强受限几何中的传播动力学。