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http://hdl.handle.net/11422/25948
| Type: | Tese |
| Title: | Pore-network modeling of reactive transport and mineral dissolution in porous media |
| Author(s)/Inventor(s): | Esteves, Bárbara de Farias |
| Advisor: | Lage, Paulo Laranjeira da Cunha |
| Co-advisor: | Couto, Paulo |
| Abstract: | Esta tese apresenta uma nova abordagem usando redes de poros com evolução topológica para modelar o transporte reativo monofásico e a dissolução mineral em meios porosos. A abordagem acopla o transporte e a cinética da reação usando um modelo de rede de poros que implementa uma única reação química heterogênea que descreve a dissolução da calcita por soluções ácidas. A geometria da rede é atualizada com base no processo de dissolução que ocorre na superfície do mineral. O campo de velocidade também é atualizado devido a esses novos tamanhos de poros e gargantas. Neste trabalho, uma nova metodologia para descrever a junção de poros e gargantas resultante da dissolução mineral é introduzida para garantir a conservação das principais variáveis de interesse durante o processo de junção. As áreas reativas e as condutâncias são acuradamente conservadas através da definição de fatores de correção e propriedades efetivas. Uma ampla gama de redes de poros é usada para estudar o problema do transporte reativo. Os principais resultados incluem o mapeamento e a exploração de diferentes regimes de dissolução através de curvas de evolução da porosidade-permeabilidade, perfis de concentração de ácido na rede de poros, e o uso de critérios estatísticos para diferenciar regimes. |
| Abstract: | This thesis proposes and demonstrates a new pore-network modeling approach including topology evolution to simulate single-phase reactive transport and mineral dissolution in porous media. The approach couples transport and reaction kinetics using a pore-network model that implements a single heterogeneous chemical reaction describing the dissolution of calcite by acidic solutions. The network geometry is updated based on the dissolution process happening at the mineral surface that enlarges pores and throats. Importantly, a new algorithm to describe the merging of pores and throats resulting from solid dissolution is introduced to guarantee conservation of the main variables of interest during the merging process. Surface areas and throat conductances are accurately conserved upon merging using a novel application of correction factors and effective properties. The fluid flow field is also updated due to the new pore-network configuration. A wide range of pore-networks are used to study the reactive transport problem. The main results include the mapping and exploration of different dissolution regimes through porositypermeability evolution curves, acid concentration profiles in the pore network, and the use of statistical criteria to differentiate regimes. |
| Keywords: | Modelagem de redes de poros Transporte reativo Dissolução mineral Modelagem em escala de poros Fusão de poros |
| Subject CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::REATORES QUIMICOS |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | Mar-2021 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | eng |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | ESTEVES, Bárbara de Farias. Pore-network modeling of reactive transport and mineral dissolution in porous media. 2021. 155 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Química, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021. |
| Appears in Collections: | Engenharia Química |
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