相饱和度的控制在三维多孔介质中混合驱动反应的作用
流体动力学
2021-07-07 v1
摘要
非饱和多孔介质中的传质化学反应在一系列环境与工业应用中具有重要意义。连续尺度弥散模型通常基于由饱和条件类比得到的等效参数，无法恰当考虑不完全混合等过程。第三维如何控制非饱和条件下的混合与反应亦不明确。我们利用磁共振成像（MRI）获取相分布与传质化学反应的 3 实验图像，采用不润湿非混相液体作为第二相及快速不可逆双分子反应。在保持佩克莱特数（Pe）不变下，我们研究相饱和度对混合动力学与反应前缘的影响。通过测量反应产物的局部浓度，我们量化了时间分辨的有效反应速率（）。我们用混合的薄层理论描述 的时间演化，该理论通过考虑两反应流体间混合界面的变形，解释了比菲克型（）更快的产物生成速率。给定 Pe 下，尽管随饱和度降低反应前缘的拉伸与折叠增强、促进产物生成，但产物生成在饱和度较高时更大，即受体积控制。突破后，随饱和度降低反应熄灭所需时间更长，因为前缘后方存在更大的未混合体积。这些结果构成了一个通用模型的基础，可更好地预测非饱和多孔介质中的反应传质，这是当前连续范式无法实现的。
引用
@article{arxiv.2102.12113,
title = {Phases saturation control on mixing driven reactions in 3D porous media},
author = {Ishaan Markale and Gabriele M. Cimmarusti and Melanie M. Britton and Joaquin Jimenez-Martinez},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.12113},
year = {2021}
}