Impact of Physical Heterogeneity and Transport Conditions on Effective Reaction Rates in Dissolution
Impact of Physical Heterogeneity and Transport Conditions on Effective Reaction Rates in Dissolution
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物理异质性和运输条件对溶解有效反应速率的影响
DOI：
10.1007/s11242-022-01836-x
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发表时间：
2022
影响因子：
2.7
通讯作者：
Oliveira R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Oliveira R
连续时间随机游走（CTRW）反应传输模型是用来研究的物理异质性的有效反应速率在多孔介质中的样品长度为15厘米的时间尺度长达10秒（3年）的影响。该模型已被验证，使用核磁共振（NMR）测量溶解过程中的石灰石。该模型假设一级反应。我们构建了三个域，增加物理异质性和研究溶解在四个Péclet数，Pe= 0.0542，0.542，5.42和54.2。我们的特征签名的物理不均匀性在三个多孔介质中使用速度分布，并显示这些印记上的签名的粒子位移，即粒子传播子分布。此外，我们证明了我们的CTRW模型的能力，以捕捉物理异质性的纵向色散系数在空间和时间的几个数量级的影响。反应输运模拟表明，有效的反应速率取决于（i）初始物理异质性和（ii）传输条件。对于所有的异质性和Pe，后期反应速率表现出时间依赖性，表明不完全混合的持久性。我们发现，初始异质性越高，后期反应率越低。Pe的减少通过扩散而不是平流促进混合，从而导致更高的反应速率。后溶解传播表明非菲克运输的程度增加。总的来说，我们建立了一个框架，以证明和量化的物理异质性的多孔介质中的传输和有效的反应速率的影响。
A continuous-time random walk (CTRW) reactive transport model is used to study the impact of physical heterogeneity on the effective reaction rates in porous media in a sample of length 15 cm over timescales up to 10s (3 years). The model has previously been validated using nuclear magnetic resonance (NMR) measurements during dissolution of a limestone. The model assumes first-order reaction. We construct three domains with increasing physical heterogeneity and study dissolution at four Péclet numbers,Pe= 0.0542, 0.542, 5.42 and 54.2. We characterize signatures of physical heterogeneity in the three porous media using velocity distributions and show how these imprint on the signatures of particle displacement, namely particle propagator distributions. In addition, we demonstrate the ability of our CTRW model to capture the impact of physical heterogeneity on the longitudinal dispersion coefficient over several orders of magnitude in space and time. Reactive transport simulations show that the effective reaction rates depend on (i) initial physical heterogeneity and (ii) transport conditions. For all heterogeneities andPe, the late-time reaction rate exhibits a time dependencewiththat indicates the persistence of incomplete mixing. We show that the higher the initial heterogeneity, the lower the late-time reaction rate. A decrease inPepromotes mixing by diffusion over advection, resulting in higher reaction rates. The post-dissolution propagators indicate an increase in the degree of non-Fickian transport. Overall, we establish a framework to demonstrate and quantify the impact of physical heterogeneity on transport and effective reaction rates in porous media.
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J. Paulsen;Hyungjoon Cho;G. Cho;Yi-Qiao Song
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