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Teilprojekt P3

Evaporative drying from porous media with textural discontinuities

Wenn der Fließwiderstand in kleinen Poren zu groß oder die Dampfdiffusion durch den Luft gefüllten Porenraum und durch die Grenzschicht zwischen Boden und Atmosphäre zu gering ist, kann die Verdunstungsrate in porösen Medien beschränkt sein. In einer ersten Phase wird die an der Oberfläche verdunstete Flüssigkeit durch Wasser aus der Verdunstungsfront nachgeliefert. Der Wasserfluss an die Oberfläche wird durch den unterschiedlichen Kapillardruck in großen und kleinen Poren angetrieben. Je weiter die Porengrößenverteilung des Mediums, umso größer ist der Unterschied an Kapillarkräften und umso länger kann der Fluss von der Front an die Oberfläche aufrechterhalten werden. Für poröse Medien mit deutlich ausgeprägten Schichtgrenzen ist die Porengrößenverteilung erweitert und die Phase mit hoher Verdunstungsrate kann verlängert werden. Im Falle von horizontalen Schichtgrenzen kann es zudem zur Hohlraumbildung innerhalb der flüssigen Phase und zu einem schnellen Druckausgleichungsprozess kommen, der die Flüssigkeitsverteilung im ganzen Medium beeinflusst.

In diesem Projekt untersuchen wir den Einfluss der Kopplung von Materialien mit verschiedener Textur auf die resultierende Verdunstungsrate. Das Ziel ist die verbesserte Vorhersage von Verdunstungsraten. Um dieses Ziel zu erreichen, führen wir Experimente auf verschiedenen Größenskalen durch und messen die Fluidverteilung mittels mit Synchrotronlicht, Neutronenstrahlung und Kernresonanzspektroskopie. Um die gemessene Phasenverteilung zu reproduzieren entwickeln wir ein Invasions-Perkolationsmodell für die Poren und Clusterskala (Verbund von mehreren Poren und Körnern). Die Kopplung zwischen der Oberfläche des porösen Mediums und der Atmosphäre wird für wirbelfreie Luftströmung in einer dreidimensionalen Grenzschicht berechnet.

 

Institution:

ETH Zürich

Soil and Terrestrial Environmental Physics (STEP)

Projektleiter:

Dr. Peter Lehmann

Stellvertreter:

Prof. Dr. Dani Or

Webseite:

Projektinformationen