ERI: Impact of pore-scale heterogeneity on precipitation and transport in porous media

ERI:孔隙尺度非均质性对多孔介质中降水和传输的影响

基本信息

  • 批准号:
    2301243
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-06-01 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The precipitation of solutes in porous structures and subsurface systems can cause a cascade of unexpected issues, including clogging of pores, as in the salt precipitation upon injection of CO2 in a brine aquifer. This award aims to investigate the precipitation of water-soluble polymers in porous media and the impact of medium heterogeneity on precipitation and transport across the medium. Soft lithography will be used to fabricate two-dimensional porous environments with different heterogeneities. Using optical microscopy, the changes in network structure and flow distribution will be monitored upon injection of antisolvent to precipitate the polymer. These studies will reveal how precipitation and clogging regulate the flow distribution in the network of connected pores. The broader impacts of this award include training graduate students and undergraduates to study these timely problems and to develop a quantitative understanding of transport in porous media. It will also enable new demonstrations to inspire and engage K-12 students in the Science lessons delivered at the local Boys and Girls Club.This award will develop new experimental techniques and improved mathematical models to generate a fundamental understanding of reactive transport in porous media. The goal is to investigate how medium heterogeneity and dynamic network changes due to precipitation impact long-term advection and reaction processes in porous media. The following systematic aims are considered: 1) the study of the role of local medium heterogeneity in the transition between advection-dominated and reaction-dominated regimes, and 2) the self-limiting transport of solute due to precipitation. The correlation between advection and precipitation rates with the time scale of the response of the system to local changes will be used to predict clogging due to reactive transport. The results will provide foundational models of reactive transport based on bulk transport properties accessible in industrial operations to maintain percolation and avoid clogging. More broadly, this award will advance the understanding of self-regulating growth at the interface of two miscible fluids in a confined and heterogeneous environment.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
多孔结构和地下系统中溶质的沉淀会导致一系列意外的问题,包括孔隙堵塞,就像在盐水含水层中注入二氧化碳后的盐沉淀一样。该奖项旨在调查多孔培养基中水溶性聚合物的沉淀,以及中等异质性对整个介质降水和运输的影响。软光刻将用于制造具有不同异质性的二维多孔环境。使用光学显微镜,将在注入抗溶剂后将监测网络结构和流动分布的变化以沉淀聚合物。这些研究将揭示降水和堵塞如何调节连接孔网络中的流动分布。该奖项的更广泛影响包括培训研究生和本科生,以研究这些及时的问题,并对多孔媒体的运输进行定量了解。它还将使新的示范激发并吸引K-12学生参加当地男孩和女孩俱乐部提供的科学课程。该奖项将开发新的实验技术和改进的数学模型,以对多孔媒体中的反应性运输产生基本的了解。目的是研究降水导致的中等异质性和动态网络如何影响多孔介质中的长期对流和反应过程。考虑了以下系统的目标:1)研究局部培养基异质性在对流主导和反应主导的方案之间的过渡中的作用,以及2)由于降水引起的溶质的自限制运输。对流率与降水率与系统对局部变化响应的时间尺度之间的相关性将用于预测由于反应性运输而引起的堵塞。结果将根据工业运营中可访问的大量运输特性提供反应性传输的基本模型,以保持渗透并避免堵塞。从更广泛的角度来看,该奖项将在狭窄且异构的环境中提高两种可混血液体的界面的自我调节增长的理解。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响审查标准来评估的支持。

项目成果

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