Осаждение разнородных частиц в пористом материале

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Фильтрация суспензий и коллоидов в пористых материалах встречается при строительстве и эксплуатации гидросооружений, туннелей и подземных хранилищ. Модели фильтрации используются при расчете проникновения укрепителя в рыхлый грунт, при очистке питьевой воды и промышленных стоков. В процессе фильтрации взвешенные частицы проходят через крупные поры и застревают на входе пор малого диаметра. Задержанные частицы образуют неподвижный осадок. Рассматривается модель фильтрации полидисперсной суспензии в пористом материале. Целью работы является изучение профилей осадка – зависимости концентрации осажденных частиц от расстояния до входа пористого материала при фиксированном времени. Методом характеристик построено точное решение модели. Показано, что при фильтрации полидисперсной суспензии распределение осадка различное у разных типов частиц. Профиль осадка самых больших частиц всегда монотонно убывает, а профиль осадка частиц наименьшего размера не является монотонным. Он убывает при малом времени, затем на графике появляется точка максимума, движущаяся вдоль пористой среды при увеличении времени. После того как точка максимума достигнет выхода из пористого материала, профиль осадка становится монотонно возрастающим. Профили осадка частиц промежуточных размеров и профиль полного осадка либо монотонны, либо немонотонны в зависимости от параметров модели. Исследовано поведение точек максимума немонотонных профилей.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. И. Кузьмина

Национальный исследовательский университет Высшая Школа Экономики

Автор, ответственный за переписку.
Email: lkuzmina@hse.ru

канд. физ.-мат. наук, доцент

Россия, 101000, г. Москва, ул. Мясницкая, 20

Ю. В. Осипов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Email: yuri-osipov@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, доцент

Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26

Список литературы

  1. Zhu G., Zhang Q., Liu R., Bai J., Li W., Xiao Feng X. Experimental and numerical study on the permeation grouting diffusion mechanism considering filtration effects. Geofluids, 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6613990
  2. Ибрагимов М.Н., Семкин В.В., Шапошников А.В. Цементация грунтов инъекцией растворов в строительстве. М.: АСВ. 2017. 266 с.
  3. Christodoulou D., Lokkas P., Droudakis A., Spiliotis X., Kasiteropoulou D., Alamanis N. The development of practice in permeation grouting by using fine-grained cement suspensions. Asian Journal of Engineering and Technology. 2021. Vol. 9 (6), pp. 92–101. https://doi.org/10.24203/ajet.v9i6.6846
  4. Мамедов Г.Н., Сулейманова И.Г., Тагиров Б.М. Высокоэффективный легкий заполнитель из стеклосодержащих отходов // Строительные материалы. 2020. № 12. С. 66–71. https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2020-787-12-66-71
  5. Федорова Г.Д., Александров Г.Н., Скрябин А.П. Активация структурообразующих свойств оксида графена в цементных композитах // Строительные материалы. 2020. № 1–2. С. 17–23. https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-17-23
  6. Федорова Г.Д., Скрябин А.П., Александров Г.Н. Исследование влияния оксида графена на прочность цементного раствора // Строительные материалы. 2019. № 1–2. С. 16–22. https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-16-22
  7. Guedes R.G., Al-Abduwani F., Bedrikovetsky P., Currie P.K. Deep bed filtration under multiple particle-capture mechanisms. SPE Journal. 2009. Vol. 14. No. 3, pp. 477–487. https://doi.org/10.2118/98623-PA
  8. Кузьмина Л.И., Осипов Ю.В., Шайдуллина А.М. Динамика частиц в пористой среде // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 10. C. 72–77. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2021.10.72-77
  9. Осипов Ю.В., Жеглова Ю.Г. Моделирование переноса и захвата частиц в пористой среде // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 11. С. 56–60. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.11.56-60
  10. Santos A., Bedrikovetsky P., Fontoura S. Analytical micro model for size exclusion: Pore blocking and permeability reduction. Journal of Membrane Science. 2008. Vol. 308, pp. 115–127. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2007.09.054
  11. Bashtani F., Ayatollahi S., Habibi A., Masihi M. Permeability reduction of membranes during particulate suspension flow; analytical micro model of size exclusion mechanism. Journal of Membrane Science. 2013. Vol. 435, pp. 155–164. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.01.043
  12. Gitis V., Rubinstein I., Livshits M., Ziskind G. Deep-bed filtration model with multistage deposition kinetics. Chemical Engineering Journal. 2010. Vol. 163, pp. 78–85. https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.07.044
  13. Сафина Г.Л. Моделирование фильтрации двухчастичной суспензии в пористой среде // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 2. С. 31–35. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.02.31-35
  14. Sun N.Z. Mathematical modeling of groundwater pollution. New York: Springer. 2014. 377 p.
  15. Herzig J.P., Leclerc D.M., le Goff P. Flow of suspensions through porous media–application to deep filtration. Industrial & Engineering Chemistry Research. 1970. Vol. 62. No. 5, pp. 8–35. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie50725a003
  16. Bedrikovetsky P. Upscaling of stochastic micro model for suspension transport in porous media. Transport in Porous Media. 2008. Vol. 75. No. 3, pp. 335–369. https://doi.org/10.1007/s11242-008-9228-6
  17. Kuzmina L.I., Osipov Yu.V. Determining the Lengmur coefficient of the filtration problem. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2020. Vol. 16. No. 4, pp. 48–54. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2020-16-4-48-54
  18. Кузьмина Л.И., Осипов Ю.В. Фильтрация частиц в пористом материале // Строительные материалы. 2023. № 9. C. 89–93. https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2023-817-9-89-93
  19. Vyazmina E.A., Bedrikovetskii P.G., Polyanin A.D. New classes of exact solutions to nonlinear sets of equations in the theory of filtration and convective mass transfer. Theoretical foundations of chemical engineering. 2007. Vol. 41. No. 5, pp. 556–564. https://doi.org/10.1134/S0040579507050168
  20. Zhang H., Malgaresi G.V.C., Bedrikovetsky P. Exact solutions for suspension colloidal transport with multiple capture mechanisms. International Journal of Non-Linear Mechanics. 2018. Vol. 105, pp. 27–42. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2018.07.007
  21. Полянин А.Д. Точные решения дифференциальных, интегральных, функциональных и других математических уравнений. М.: ИПМех РАН, 2023. 600 с.
  22. Полянин А.Д., Журов А.И. Методы разделения переменных и точные решения нелинейных уравнений математической физики. М.: ИПМех РАН, 2021. 383 с.
  23. Кузьмина Л.И., Осипов Ю.В., Царева В.И. Обратная задача для линейной функции фильтрации // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 6. С. 64–68. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.06.64-68
  24. Alvarez A.C., Hime G., Marchesin D., Bedriko- vetsky P.G. The inverse problem of determining the filtration function and permeability reduction in flow of water with particles in porous media. Transport in Porous Media. 2007. Vol. 70. No. 1, pp. 43–62. https://doi.org/10.1007/s11242-006-9082-3
  25. Сафина Г.Л. Расчет профилей осадка двухчастичной суспензии в пористой среде // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 11. С. 110–114.
  26. Malgaresi G., Collins B., Alvaro P., Bedrikovetsky P. Explaining non-monotonic retention profiles during flow of size-distributed colloids. Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 375. 121984. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.121984
  27. Осипов Ю.В., Астахов М.Д. Расчет фильтрации бидисперсной суспензии в пористой среде // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2020. Т. 31. № 1. С. 69–72.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Профили осадка при фиксированном времени: a – t=0,1; b – t=0,5; c – t=3

Скачать (121KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Профили осадка при фиксированном времени: a – t=0,1; b – t=0,5; c – t=3

Скачать (133KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Профили осадка трех типов частиц: a – t=1; b – t=10; c – t=25; d – t=50

Скачать (232KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Профили осадка трех типов частиц a – t=1; b – t=10; c – t=25; d – t=90

Скачать (221KB)
Метаданные

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2024