Многократная пропитка пористой среды в условиях микрогравитации: экспериментальные исследования и математическое моделирование
PDF

Ключевые слова

капиллярные эффекты
микрогравитация
фильтрация
гистерезис

Как цитировать

1.
Смирнов Н.Н., Никитин В.Ф., Скрылева Е.И., Вайсман Ю.Г. Многократная пропитка пористой среды в условиях микрогравитации: экспериментальные исследования и математическое моделирование // Успехи кибернетики. 2022. Т. 3, № 2. С. 24-30. DOI: 10.51790/2712-9942-2022-3-2-3.

Аннотация

В работе рассматривается процесс многократной пропитки пористой среды за счет капиллярных сил в условиях микрогравитации. Подобные исследования имеют большое значения как для космических технологий, так и для земных приложений. Например, на космической станции течение жидкости за счет капиллярных эффектов можно наблюдать в тепловых трубках, очистных системах, в гидропонных системах для выращивания растений. В условиях земной гравитации капиллярные эффекты могут также оказывать существенное влияние на фильтрационные течения, например при добыче углеводородов, когда происходит одновременное течение нескольких флюидов сквозь порисую среду.

Наблюдение капиллярных эффектов при обычной гравитации затруднено, так как действие силы тяжести преобладает над капиллярными силами, маскируя некоторые важные аспекты. В данной работе рассматриваются эксперименты по течению жидкости сквозь высокопроницаемую пористую среду во время параболических полетов. Результаты экспериментов показали, что с каждой последующей параболой жидкость поднимается выше, т.е. наблюдается более интенсивная пропитка в уже смоченной среде. Для моделирования таких процессов требуются специальные математические модели, учитывающие гистерезис. В статье описаны такие модели и представлены результаты численного моделирования на их основе. Приведено сравнение экспериментальных данных и результатов численного моделирования фильтрационных потоков жидкости, показана возможность определения неизвестных эмпирических констант на экспериментальном базисе.

https://doi.org/10.51790/2712-9942-2022-3-2-3
PDF

Литература

Barenblatt G. I., Entov V. M., Ryzhik V. M. Theory of Fluids Flows through Natural Rocks. Springer Netherlands; 1990.

Bear J., Bachmat Y. Introduction to Modelling of Transport Phenomena in Porous Media. Kluwer Academic Publishers-Dordrecht, Boston, London, 1990.

Kaviany M. Principles of Heat Transfer in Porous Media. Second Ed. Springer-Verlag, New York, 1995.

Nield D. A., Bejan A. Convection in Porous Media. Springer-Verlag, New York, Berlin, Heidelberg, London, 1992.

Smirnov N. N., Dushin V. R., Nikitin V. F., Phylippov Yu. G., Nerchenko V. A. Three-Dimensional Convection and Unstable Displacement of Viscous Fluids from Strongly Encumbered Space. Acta Astronautica. 2010;66:844-863.

Dushin V. R., Smirnov N. N., Nikitin V. F., Skryleva E. I., Weisman Y. G. Multiple Capillary-Driven Imbibition of a Porous Medium under Microgravity Conditions: Experimental Investigation and Mathematical Modeling. Acta Astronautica. 2022;193:572-578. DOI: 10.1016/j.actaastro.2021.06.054.

Kolenkina E. I., Nikitin V. F., Dushin V. R., Smirnov N. N., Shamina A. A., Weisman Yu. G. Microgravity Investigation of Capillary-Driven Imbibition into an Inhomogeneous Porous Medium. Proceedings of 71st International Astronautical Congress (IAC) – The CyberSpace Edition, 12-14 October 2020. IAC-20,A2,2,3,x57771.

Istasse E. Determination of Capillary Characteristics in Porous Media. Université Libre de Bruxelles, Faculté des Sciences Appliquées, Mémoire présenté par Eric Istasse en vue de l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies en Sciences Appliquées, Directeur: Prof. J.C. Legros., Année Académique 2000-2001, Brussels 2001.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.