| Abstract |
Saturated soil column experiments were conducted to determine the influences of flow direction, flow rate, and particle-size distribution characteristics on the transport and deposition of particles in saturated porous media. Two bimodal-distribution particles and one unimodal-distribution particle were employed in these studies, and soil column experiments were performed using a variety of particle-size distributions and flow conditions. In addition, a modified convection–dispersion model for particle transport and deposition was developed, considering dispersive flux on the deposition kinetics. The experimental breakthrough curves fit well with the analytical solution of the modified convection–dispersion model. Regardless of particle-size distribution, the particles’ mean velocity increases linearly with the mean interstitial fluid velocity. The particles’ mean velocity in horizontal flow is lower than that in vertical flow. Furthermore, dispersivity decreases with increasing flow rate in vertical flow. The range of the particles’ dispersivity in vertical flow is larger than that in horizontal flow. Finally, the rate of particle deposition increases with particle size. Overall, this study highlights the complicated interdependence of the effects of flow rate, flow direction, and particle-size distribution on particulate transportation and deposition.Des expérimentations sur colonne de sol saturé ont été menées pour déterminer les influences de la direction et de la vitesse de l’écoulement et des caractéristiques de la distribution de la taille des particules sur le transport et le dépôt des particules dans un milieu poreux saturé. Deux distributions bimodales de particules et une distribution unimodale de particules ont été employées dans ces études, et les expérimentations sur colonne de sol ont été mises en œuvre en utilisant une variété de distribution de granulométrie et de conditions d’écoulements. De plus, un modèle de convection–dispersion modifié pour le transport de particules et pour le dépôt a été développé, en considérant l’influence d’un flux dispersif sur les cinétiques de dépôt. Les courbes de percée expérimentales correspondent bien à la solution analytique du modèle de convection–dispersion modifié. Quelle que soit la distribution des tailles de particules, la vitesse moyenne des particules augmente de manière linéaire avec la vitesse du fluide interstitiel. La vitesse moyenne des particules en écoulement horizontal est inférieure à celle en écoulement vertical. De plus, la dispersivité décroit avec l’augmentation de la vitesse d’écoulement en écoulement vertical. La gamme de valeurs de dispersivité des particules en écoulement vertical est plus grande qu’en écoulement horizontal. Enfin, le taux de dépôt des particules augmente avec la taille des particules. Dans l’ensemble, cette étude met en évidence l’interdépendance complexe des effets de la vitesse d’écoulement, de la direction d’écoulement, et de la distribution des tailles des particules sur le transport et le dépôt des particules.Se realizaron experimentos en columnas de suelos saturados para determinar la influencia de la dirección de flujo, velocidad de flujo y las características de la distribución del tamaño de partículas en el transporte y depositación de partículas en un medio poroso saturado. Se emplearon dos distribuciones bimodales y una unimodal de partículas en estos estudios, y los experimentos de columnas de suelo se llevaron a cabo usando una variedad de distribuciones de tamaño de partículas y condiciones de flujo. Además, se desarrolló un modelo modificado de convección – dispersión para el transporte y depositación de partículas, considerando un flujo dispersivo en la cinética de la depositación. Las curvas experimentales de ruptura ajustan bien con la solución analítica del modelo modificado de dispersión – convección. Independientemente de la distribución del tamaño de partículas, las velocidad media de las partículas se incrementa linealmente con la velocidad media del fluido intersticial. La velocidad media de las partículas en el flujo horizontal es más baja que en el flujo vertical. Además, la dispersividad disminuye con el incremento de la velocidad de flujo en la vertical. El rango de la dispersividad de las partículas en el flujo vertical es mayor que en el flujo horizontal. Finalmente, el ritmo de depositación de las partículas se incrementa con el tamaño de la partícula. En general, este estudio resalta la complicada interdependencia de los efectos sobre la velocidad de flujo, la dirección y el sentido de flujo y la distribución del tamaño de las partículas en el transporte y depositación.进行了饱和土柱试验以确定水流方向、水流速度及粒径分布特征对饱和孔隙介质中微粒传输和沉积的影响。在这些研究中采用了两个双模分布微粒和一个单模分布微粒,土柱实验进行了使用各种不同的粒径分布和流动条件。此外,提出了一种改进的对流扩散模型–颗粒传输和沉积,考虑色散通量对沉积动力学。实验突破曲线与修改后的对流–色散模型解析解吻合良好。不论粒度分布,颗粒的平均速度呈线性增加的平均间质流体速度。粒子的平均速度水平流动是低于垂直流。此外,随着垂直流流量分散性降低。在垂直流粒子的分散性的范围是大于在水平流动。最后,颗粒沉积和颗粒尺寸的增加率。总体而言,本研究综合对复杂的相互依存的流量影响、流动方向和颗粒尺寸分布的颗粒传输和沉积。Foram realizadas experiências de solos saturados em colunas para determinar as influências da direção de fluxo, do caudal e das caraterísticas de distribuição de tamanho de partículas no seu transporte e deposição em meios porosos saturados. Nestes estudos foram utlizadas distribuições bi- e uni-modais de partículas e realizadas experiências de colunas de solo utilizando uma variedade de distribuições granulométricas e de condições de fluxo. Além disso, foi desenvolvido um modelo de convecção-dispersão modificado para o transporte e a deposição de partículas, considerando-se o fluxo dispersivo na cinética de deposição. As curvas experimentais adequam-se bem com a solução analítica do modelo de convecção-dispersão modificado. Independentemente da distribuição de tamanho das partículas, a velocidade média das partículas aumenta linearmente com a velocidade média do fluido intersticial. A velocidade média das partículas no fluxo horizontal é menor do que a do fluxo vertical. Além disso, a dispersividade diminui com o aumento do caudal do fluxo vertical. A gama de dispersividade das partículas no fluxo vertical é maior do que a do fluxo horizontal. Finalmente, a taxa de deposição das partículas aumenta com o tamanho da partícula. Em síntese, este estudo destaca a interdependência complexa dos efeitos do caudal, da direção dos fluxos e da distribuição de tamanho das partículas no seu transporte e deposição. |
