Estimation of gasdispersion in porous media - Method and application

Student thesis: Master thesis (including HD thesis)

  • Maren Hostrup
Der er blevet afprøvet en simpel metode til bestemmelse af gasdiffusions-dispersionskoefficienter i porøse medier baseret på ilttransport igennem mediet. Meto-den er en forsøgsopstilling bestående af en kolonne med et porøst materiale med gasind-løb i den ene ende og udløb i den anden ende. Iltkoncentrationen i udløbsluften fra ko-lonnen måles med en iltelektrode og herud fra der optegnes gennembrudskurver for gas-sen. Ud fra dette kan diffusions-dispersionskurven bestemmes ved at fitte data til en analytisk model for konvektions-dispersionsligningen. Som gas blev der benyttet atmo-sfærisk luft og kvælstof. Ved at plotte diffusions-dispersionskoefficienten mod pore-lufthastigheden blev dispersiviteten og diffusionen bestemt. Kolonnerne der blev benyttet til forsøgene var 103 cm lange og havde en diameter på 14 cm. Målingerne blev foretaget på et homogent finkornet sand med en partikelstørrelse mellem 0,40 og 0,80 mm. Volumenvægten for prøverne lå mellem 1,06 – 1,62 g/cm3 og det gravemetriske vandindhold var mellem 0,005 – 0,100 g vand/g tørstof. Der viste sig en god overensstemmelse mellem forsøgsdata og den analytiske model af konvektions-dispersionsligningen. Ved brug af konvektions-dispersionsligningen blev det fundet, at det er vigtigt med nøjagtighed ved fastsættelse af starttidspunktet, da små ændringer i starttiden kan betyde forholdsvise store ændringer for estimatet af poreluft-hastigheden og diffusions-dispersionskoefficienten. Ved undersøgelser blev der ikke konstateret en forskel i resultaterne, ved de der er esti-meret på baggrund af en gennembrudskurve fremkommet ved at sende atmosfærisk luft igennem en søjle fyldt med kvælstof og de der er fremkommet ved at sende kvælstof ind i en sandsøjle med atmosfærisk luft. Under forsøget blev vandindholdet i prøverne ændret pga. udvekslinger mellem det tør-re luft og porevandet, dette bevirkede at sandet mistede vand efterhånden som forsøget skred frem. Vandtabet var mellem 5 og 37% for prøverne Dispersiviteterne for prøverne i dette projekt ligger mellem 0 - 0,445 cm. Dispersivite-terne stiger generelt proportionelt med vandindholdet i prøverne, hvorimod de falder invers proportionelt med volumenvægten. Ved de lavere volumenvægte viste dispersivi-teten en større afhængighed af vandindholdet end ved de højere volumenvægte. Ved de lave volumenvægte var dispersiviteten 2 - 3 gange større end de er ved de højere volu-menvægte. Dette kan skyldes at der ved de løsere pakninger af mediet er flere frie ma-kroporer i mediet, og at der derved opstår en større forskel i poreluftshastighederne i sandet, hvorved den mekaniske opblanding øges. Dette bør dog søges bekræftet ved flere målinger. De vigtigste parametre ved estimering af dispersiviteten i det benyttede sand er volu-menvægten og vandindholdet, og der er forsøgt opstillet en model for dispersiviteten vha. disse to parametre. Ved sammenligninger med tidligere resultater for umættede sandprøver, ligger dispersiviteterne fra dette projekt under de andre. Dog stemmer resultaterne forholdsvist godt overnes med Levenspiels model fra 1972. Dette kan skyldes den forholdsvis store homogenitet på prøverne og den lille spredning på partikelstørrelsen. Diffusionen er estimeret til at være mellem 5,44 og 8,65 cm2/min for prøverne. Diffusi-onen falder med mindsket porevolumen, det vil sige når vandindholdet eller volumen-vægten øges. Dette stemmer overens med tidligere observationer af diffusion i litteratu-ren. Diffusionen estimeret her er højere end tidligere målinger for det samme sand, samt højere end hvad der kan estimeres med WLR modellen som præsenteret af Moldrup et al, i 2000 og i målingerne af Pindstofte 2007. Det leder til en vurdering af at den estime-rede diffusion næppe kun et udtryk for diffusion, men nærmere et udtryk for alt andet end dispersionen i mediet. Det konkluders, at forsøgsopstillingen er velegnet til at estimere dispersiviteter med, mens diffusionen bliver kombination af flere ting og derfor er udstyret ikke umiddelbart velegnet til bestemmelse af størrelsen af denne. Til at foretage målinger er den atmosfæ-riske luft og kvælstoffet ligeledes udmærket, hvilket er med til at bringe omkostninger ved brug af denne målemetode ned i forhold til andre målemetoder. Endvidere er udsty-ret simpelt at betjene og kan formodentlig benyttes til at foretage målinger på mange forskellige medier.
LanguageDanish
Publication date2008
Publishing institutionaau
ID: 13792912