On the determination of transverse dispersivity
Authors: Μπενέκος Ιωάννης 
Published: March 2023

Η εγκάρσια διασπορά στα πορώδη μέσα έχει αναγνωριστεί ως βασική παράμετρος σε μια ποικιλία διεργασιών στο υπέδαφος. Ελέγχει τον ρυθμό διάλυσης των πηγών ρύπων, την αραίωση των συντηρητικών διαλυμένων ουσιών, την ανάμιξη των αντιδρώντων διαλυμένων ουσιών και παίζει καθοριστικό ρόλο στην αποσύνθεση των διακυμάνσεων της συγκέντρωσης. Η εκτίμηση της εγκάρσιας διασποράς, μιας ιδιότητας του πορώδους μέσου, είναι απαραίτητη για την εκτίμηση του υδροδυναμικού μέρους της εγκάρσιας διασποράς. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια μεθοδολογία και πειράματα με ιχνηθέτες για τη μέτρηση της εγκάρσιας διασποράς ομοιογενών ισότροπων μέσων με τη χρήση ενός κοχλία, μιας σπειροειδούς κοιλότητας όπως αυτή του κελύφους ενός ναυτίλου και μιας έλικας. Το κίνητρο είναι ότι η μεταφορά ενός συντηρητικού ιχνηθέτη σε μια συσκευή με σπειροειδή κίνηση ροής οδηγεί σε μια καμπύλη διάρρηξης συγκέντρωσης που σχετίζεται αντιστρόφως ανάλογα με τις παραμέτρους εγκάρσιας διασποράς. Πραγματοποιώντας πειράματα συντηρητικού ιχνηθέτη σε μια έλικα και σε έναν κοχλία μπορούμε να λάβουμε πειραματικές καμπύλες διάρρηξης. Το πεδίο ροής στην έλικα είναι πολύπλοκο και επιλύεται αριθμητικά. Στον κοχλία το πεδίο ροής είναι απλούστερο και επιλύεται αναλυτικά. Η επίλυση του πεδίου ροής εφαρμόζεται σε προσομοίωση της μεταφοράς διαλυμένων ουσιών με τυχαίο περίπατο παρακολούθησης σωματιδίων, η οποία χρησιμοποιείται ως εμπρόσθιο μοντέλο σε μια μη γραμμική μέθοδο βελτιστοποίησης για τον προσδιορισμό της εγκάρσιας διασποράς του πορώδους μέσου.Στο Κεφάλαιο 1 συνοψίζουμε την τρέχουσα έρευνα που αποδεικνύει τη σημασία της εγκάρσιας διασποράς στη μεταφορά υπόγειων υδάτων και την ανάμιξη ενώσεων σε πορώδη μέσα. Ανασκοπούμε τις προηγούμενες πειραματικές μεθόδους που προτάθηκαν για τον προσδιορισμό της εγκάρσιας διασποράς και αναφέρουμε τους ερευνητικούς στόχους της παρούσας μελέτης. Στο Κεφάλαιο 2 παρέχεται το θεωρητικό υπόβαθρο που απαιτείται για την κατανόηση της ροής και της μεταφοράς στην έλικα και στον κοχλία και η διαδικασία βελτιστοποίησης που χρησιμοποιούμε στη μεθοδολογία μας. Το Κεφάλαιο 3 παρέχει μια συζήτηση σχετικά με τα όργανα και την επιλογή των ιχνηθετών που χρησιμοποιούμε για τη λήψη πειραματικών καμπυλών διάρρηξης συγκέντρωσης. Στα κεφάλαια 4 και 5 παρουσιάζουμε τα πειράματα και τις αριθμητικές προσομοιώσεις πουεκτελούμε στην έλικα και στον κοχλία. Παρουσιάζουμε επίσης τις εκτιμήσεις της εγκάρσιας διασποράς που λαμβάνουμε για κάθε πείραμα. Στο Κεφάλαιο 6 συζητάμε τα αποτελέσματα και παρέχουμε μια περιγραφή των σχετικών πλεονεκτημάτων κάθε συσκευής, οργάνου και μεθοδολογίας που χρησιμοποιούμε για να λάβουμε τις εκτιμήσεις της εγκάρσιας διασποράς. Στο κεφάλαιο 7 παρατίθενται τα βασικά συμπεράσματα της παρούσας έρευνας. Τα πιο αξιοσημείωτα συμπεράσματα είναι ότι τα αποτελέσματα από τις δύο συσκευές συμφωνούν και ότι ο λόγος της εγκάρσιας διασποράς προς τη διαμήκη διασπορά που εκτιμούμε συμφωνεί με τους υψηλότερους λόγους που αναφέρονται στη βιβλιογραφία. Ολοκληρώνουμε την παρούσα έρευνα με συστάσεις και ιδέες για μελλοντικές έρευνες που θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν με βάση τη γενική μας προσέγγιση και τις πειραματικές μας συσκευές.