4D рентгеновская томография показывает динамику смешивания газов в пористых материалах

Недавнее исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, изучает смешивание газов в пористых материалах, сосредоточившись на инъекции азота в пористый песчаник, насыщенный криптоном и водой. В исследовании используется 4D рентгеновская томография для захвата эволюции состава газовой смеси и многокомпонентного потока газа и воды.

Связь газов и вариация состава

Результаты показывают, что смешивание газов не следует гладким, непрерывным паттернам, предсказанным традиционными моделями адвеции-диффузии. Вместо этого оно развивается через различные режимы, на которые влияет связь газов. Изначально, несмешиваемое вытеснение газа водой создает вариацию в составе газа, поскольку разные газы занимают соседние поры, разделенные водой. По мере улучшения связи газов, прерывистые перестановки газ-жидкость быстро соединяют области с различными составами газа, что приводит к быстрому снижению вариации состава.

Ограниченная диффузия и оствальдское созревание

Когда связь стабилизируется, процесс смешивания переходит в режим ограниченной диффузии внутри квази-статической газовой сети. Со временем дальнейшее смешивание происходит медленно через многокомпонентное оствальдское созревание, при котором захваченные газовые ганглии обмениваются растворенными веществами с окружающей жидкой фазой. Эти выводы углубляют понимание смешивания газов в пористых материалах и предлагают новые концепции для масштабирования многокомпонентного потока в подповерхностном смешивании газов.