Visualization and analysis of particle settling and clogging behavior in porous media
Visualisation et analyse du dépôt de particules dans un milieu poreux jusqu’à son colmatage
Résumé
How suspended particles deposit and lead to clogging in a porous medium is crucial for many application scenarios. This research uses a transparent model of porous medium to visualize particle behaviors. The use of a particle detection algorithm on highspeed camera images enables us to track particle trajectories and velocities. The particle mechanical behavior is analyzed at different size ratios (particle size divided by pore size). Firstly, analysis has shown that gravity governs the single particle motion. The trajectories of a particle injected at different positions converge once it has passed the first obstacles. Each trajectory bypasses the obstacles while maintaining an overall vertical motion of deep infiltration. Velocity is influenced by the presence of obstacles and the fluid itself. Next, the injection of an increasing number of particles has demonstrated a critical number of particles beyond which particles accumulate in the porous medium. This critical number depends on the size ratio. This accumulation would lead to clogging and can be characterized by zero particle outflow. By counting the number of clogging cases over multiple tests, we can quantify the probability of clogging as a function of the number of particles injected and the particle size ratio.
La manière dont les particules en suspension se déposent et conduisent au colmatage des milieux poreux est cruciale pour de nombreux scénarios d’application. Cette recherche utilise un modèle de milieu poreux transparent pour visualiser la sédimentation et le dépôt des particules. L’utilisation d’un algorithme de détection de particules sur des images obtenues par caméra rapid permet de suivre leurs trajectoires et leurs vitesses. L’analyse du comportement mécanique de ces particules est menée en fonction de la taille des particules et de celle des pores. Premièrement, l’analyse a montré que la gravité régit le mouvement d’une seule particule. Les trajectoires d’une particule injectée à différentes positions se rejoignent une fois qu’elles aient passé les premiers obstacles. Chaque trajectoire contourne les obstacles tout en conservant un mouvement globalement vertical d’infiltration profonde. Quant à la vitesse, elle est influencée par la présence d’obstacles et celle du fluide. Ensuite, l’injection d’un nombre croissant de particules a permis de montrer un nombre critique de particules au-delà duquel les particules s’accumulent dans le milieu poreux. Ce nombre critique dépend du rapport des tailles des particules et des pores. Cette accumulation de particules conduirait au colmatage du milieu poreux caractérisé par un flux sortant de particules nul. Le comptage du nombre de cas de colmatage parmi les nombreux essais réalisés a permis de quantifier la probabilité de colmatage selon le nombre de particules injectées et selon le rapport de tailles.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|