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A modified Lagrangian-volumes method to simulate nonlinearly and kinetically sorbing solute transport in heterogeneous porous media

机译：改进的拉格朗日体积法模拟非均质多孔介质中的非线性和动力学吸附溶质运移

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摘要

Transport in subsurface environments is conditioned by physical and chemical processes in interaction, with advection and dispersion being the most common physical processes and sorption the most common chemical reaction. Existing numerical approaches become time-consuming in highly-heterogeneous porous media. In this paper, we discuss a new efficient Lagrangian method for advection-dominated transport conditions. Modified from the active-walker approach, this method comprises dividing the aqueous phase into elementary volumes moving with the flow and interacting with the solid phase. Avoiding numerical diffusion, the method remains efficient whatever the velocity field by adapting the elementary volume transit times to the local velocity so that mesh cells are crossed in a single numerical time step. The method is flexible since a decoupling of the physical and chemical processes at the elementary volume scale, i.e. at the lowest scale considered, is achieved. We implement and validate the approach to the specific case of the nonlinear Freundlich kinetic sorption. The method is relevant as long as the kinetic sorption-induced spreading remains much larger than the dispersion-induced spreading. The variability of the surface-to-volume ratio, a key parameter in sorption reactions, is explicitly accounted for by deforming the shape of the elementary volumes.
机译：地下环境中的运输受物理和化学过程相互作用的制约，对流和分散是最常见的物理过程，吸附是最常见的化学反应。现有的数值方法在高度非均质的多孔介质中变得很耗时。在本文中，我们讨论了一种新的有效的拉格朗日方法，该方法用于对流主导的运输条件。从主动行进器方法进行了修改，此方法包括将水相分为随体积移动并与固相相互作用的基本体积。为避免数值扩散，该方法通过使基本体积的传递时间适应局部速度，从而使网格单元在单个数值时间步中交叉，从而无论速度场如何，该方法均保持有效。该方法是灵活的，因为实现了在基本体积尺度上，即在所考虑的最低尺度下，物理和化学过程的解耦。我们实现并验证了针对非线性Freundlich动力学吸附的特定情况的方法。只要动力学吸附引起的扩散比分散引起的扩散大得多，该方法就有意义。表面体积比的变化是吸附反应的关键参数，它通过使基本体积的形状变形而得到明确考虑。

著录项

  • 来源
    《Journal of Contaminant Hydrology》 |2011年第speca期|p.89-98|共10页
  • 作者

    K. Besnard; J.-R. de Dreuzy; P. Davy; L. Aquilina;

  • 作者单位

    Geosciences Rennes, UMR CNRS 6118, Campus de Beaulieu. Universiti de Rennes 1, 35042 Rennes Cedex. France;

    Geosciences Rennes, UMR CNRS 6118, Campus de Beaulieu. Universiti de Rennes 1, 35042 Rennes Cedex. France;

    Geosciences Rennes, UMR CNRS 6118, Campus de Beaulieu. Universiti de Rennes 1, 35042 Rennes Cedex. France;

    Geosciences Rennes, UMR CNRS 6118, Campus de Beaulieu. Universiti de Rennes 1, 35042 Rennes Cedex. France;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    reactive transport; kinetic sorption; freundlich nonlinear sorption; lagrangian methods;

    机译：反应性运输动力学吸附非线性吸附拉格朗日方法;

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