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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.54.1994.tde-14042015-162210
Document
Author
Full name
Adolfo Nicolas Posadas Durand
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 1994
Supervisor
Committee
Crestana, Silvio (President)
Chaudhry, Fazal Hussain
Onody, Roberto Nicolau
Reichardt, Klaus
Tannus, Alberto
Title in Portuguese
Estugo do fenômeno "fingering" em um meio poroso através de imagens e teoria da percolação por invasão
Keywords in Portuguese
Não disponível
Abstract in Portuguese
A instabilidade da frente de molhamento ou fenômeno "fingering" pode ocorrer quando um líquido percola por um meio poroso que apresenta uma dupla camada ao longo de seu perfil vertical. Este fenômeno tem um papel determinante nos processos relacionados ao transporte de solutos em sistemas particulados, a contaminação ambiental e a recuperação de petróleo entre outros. No presente trabalho, foram realizados, em laboratório, experimentos com infiltração de água através de colunas de solo de dupla camada, com a finalidade de se estudar os processos físicos envolvidos no fenômeno "fingering" em duas e três dimensões. Em duas dimensões, utilizando a técnica de imagens, foi acompanhada a dinâmica dos "fingers", através de uma coluna planar de solo estratificado (dupla camada) e homogêneo (uma só camada). A estrutura morfológica dos "fingers" foi caracterizada não somente através de sua dimensão fractal como também foram realizadas simulações, usando o modelo modificado de percolação por invasão. Em três dimensões, usando uma coluna cúbica de solo estratificado, foi estudada a infiltração de água em condições de equilíbrio hidrodinâmico através da técnica de imagens por ressonância magnética nuclear (RMN). O acompanhamento da dinâmica dos "fingers", através de uma fatia central, no interior da coluna, foi realizado utilizando-se a técnica de imagens por tomografia médica de raios-X. Foi também possível seguir a dinâmica espacial da frente de infiltração, com o sistema de RMN, medindo-se o sinal de "spin-echo". Os resultados mostraram uma grande variabilidade espacial e temporal dos "fingers", ficando evidente o caráter tridimensional do fenômeno, sua relação de ocorrência com a distribuição do perfil de poros, com a estratificação do solo e a evidência de que o fenômeno pode acontecer mesmo em solos homogêneos. O valor da dimensão fractal, resultou estar correlacionado com a granulometria do solo. O modelo modificado de percolação por invasão proporcionou a determinação do perfil de distribuição de poros para cada solo simulado, reproduzindo adequadamente os resultados experimentais
Title in English
Not available
Keywords in English
Not available
Abstract in English
The wetting front instability or fingering phenomenon may occur when a liquid moves through the vertical profile of a double-layer porous medium . That phenomenon has been showed to be extremely important in the processes related to the transport of solutes in porous media, to environmental contamination, to petroleum recovery, as well as to other processes. In the present work, with the aim of studying the physical processes concerning the fingering phenomenon in two and three dimensions experiments of water infiltration through double-layer soil columns were carried out in the laboratory. In two dimensions the fingering dynamics through a Planar column of stratified soil (double-layer) and homogeneous soil (single-layer) was followed by using imaging techniques. The morphologic structure of fingers was characterized by using the fractal dimension and simulations were performed by using a modified percolation model by invasion. In three dimensions, the infiltration of water through a cubic column of stratified soil was studied under hydrodynamic steady state conditions using images obtained by nuclear magnetic resonance (NMR). The fingering dynamics into a transverse slice located in the center of the cubic column was studied taking into account images obtained by medical X-ray tomography. Also, it was possible to follow the spatial dynamics of the wetting front by means of the NMR system measuring the sample "spin-echo" signal. The results demonstrated the spatial and temporal variability of the fingering phenomenon dynamics, its three dimensional characteristics, its occurrence dependence with the porous distribution profile, with the soil stratification and revealed that the phenomenon may also take place in homogeneous soils. Regarding the fingering fractal dimension it was found that it depends on the soil granulometry. The modified percolation model by invasion was able to appropriately simulate the porous distribution profile of each soil investigated reproducing the experimental results
 
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Publishing Date
2015-04-15
 
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