Influencia de la rugosidad durante el transporte miscible de un soluto en diferentes fracturas modelos y geometrías de flujo

ROHT, Y.L.; BOSCHAN, A.; HULIN, J.P.; CHERTCOFF, R.; AURADOU, H.; IPPOLITO, I.

Puerto Ángel, Oaxaca

Congreso; XIII Congreso Anual de la División de Dinámica de Fluidos; 2017

Se presenta una serie de estudios experimentales, complementados con simulaciones numéricas, del transporte y la dispersión hidrodinámica de un trazador pasivo en modelos de fracturas únicas y para diferentes geometrías de flujo (axial y oscilante). Estos modelos, transparentes presentan diferentes tipos de rugosidades de paredes: lisas, aleatorias y autoafin. La naturaleza del transporte del trazador (gaussiana o no) se determina a partir de la evolución de un frente de mezcla en función de la distancia recorrida y/o el tiempo de tránsito. Los mecanismos de dispersión dominantes son identificados (perfil de velocidades en la apertura y variación de velocidades en el plano de la fractura). Se han estudiado además comparando mediciones con fluidos newtonianos y reofludizantes.En geometría de flujo axial, y para geometrías de rugosidades de paredes monodispersas, el ensanchamiento del frente es difusivo y dominado por la dispersión geométrica, para pequeños números de Péclet, Pe (el coeficiente de dispersión D varía linealmente con Pe o la dispersividad, ld = D/U es constante), es decir, dominada por las fluctuaciones espaciales de la velocidad y se amplifica para los fluidos reofluidizantes. Para Pe elevados, la dispersión de Taylor es dominante (ld varía linealmente con Pe), y está menos influenciada por la característica no lineal cuando se inyectan fluidos reofluidizantes.Para una rugosidad autoafin multiescala, representativa de rocas naturales y a partir de desplazamientos relativos de dos superficies complementarias, el campo de aperturas puede ser canalizado. Cuando la velocidad media de flujo U es paralela a los canales, la geometría global del frente es descripta por los contrastes de velocidades entre ellos y puede describirse a través del campo de aperturas, y se amplifica para los fluidos reofluidizantes. Cuando U es perpendicular a los canales, el ensanchamiento global del frente se reduce drásticamente. Se utiliza un flujo oscilante de un fluido newtoniano, para observar los efectos de la reversibilidad del desplazamiento sobre el fenómeno. En todos los casos se buscó cuantificar la influencia de los parámetros característicos del flujo: el período T y la amplitud A de las oscilaciones, el tiempo característico de difusión molecular sobre el espesor 𝜏𝑚, la concentración y el tamaño de las partículas. Se puso en evidencia que los regímenes de dispersión están gobernados por la relación 𝜏𝑚/𝑇. Se encontró que, a bajos 𝜏𝑚/𝑇, el régimen de dispersión de Taylor es dominante y, a escala global, es irreversible. Para 𝜏𝑚/𝑇≥20 encontramos un régimen parcialmente reversible donde la mezcla continúa siendo difusiva a escala global; sin embargo, localmente, las simulaciones numéricas de tipo Monte Carlo mostraron que la distribución de partículas de trazador en el espesor sigue las oscilaciones de la velocidad local 𝑣(𝑧,𝑡). En este caso, el coeficiente de dispersión tiene una componente puramente convectiva, que es reversible. En el caso de una celda rugosa, el desorden introducido por los obstáculos hizo aparecer la dispersión geométrica a 𝜏𝑚/𝑇 ≤0,6, donde la dispersividad Ld varía con la amplitud y no depende del período de la oscilación del flujo.Con técnicas complementarias (eco y transmisión), se aisló la componente de la dispersión irreversible de la reversible indicando la existencia de canales de flujo macroscópicos generados por la geometría de la fractura.