Termohalin konverzió numerikus vizsgálata porózus közegmodellben

Szíjjártó, Márk and Galsa, Attila (2020) Termohalin konverzió numerikus vizsgálata porózus közegmodellben. MAGYAR GEOFIZIKA, 61 (4). pp. 177-190. ISSN ISSN 0025-0120

Preview

Text geofizika_2020_4_177-190.pdf - Published Version Download (717kB) | Preview

Abstract

A porózus közegben lejátszódó hő- és tömegtranszport-folyamatok teoretikus vizsgálata amiatt fontos, hogy jobban megérthessük a termohalin konvekció folyamatát, legyen szó lokális vagy medenceléptékű felszín alatti vízáramlási rendszerekről. Kétdimenziós numerikus számításokat végeztünk, hogy megvizsgáljuk a hőmérséklet- (∆T) és a (só) koncentrációkülönbség (∆c) okozta, felhajtóerő hajtotta természetes konvektív áramlást porózus közegben. Szisztematikus paraméterteszteléssel tanulmányoztuk a dimenziótlan hőtágulás (α' = α∆T = 10–3–1) és a sókoncentráció-különbség okozta dimenziótlan relatív sűrűségkülönbség (β' = β∆c = 10–7–0,1) hatását a hőmérséklet- és koncentrációeloszlásra, valamint az áramlás intenzitására vonatkozólag. A felhajtóerő és a konvekciós áramlást akadályozó erők viszonyát kifejező Rayleigh-számok, így a termikus (Rat) és a halin Rayleigh-szám (Rah) értéke, valamint a felhajtóerő-arány (buoyancybratio – BR) a következő intervallumokon változtak: 1,4 ≤ Rat ≤ 1400; 0,1 ≤ Rah ≤ 105 ; 10–7≤ BR ≤ 100. Mindeközben a hődiff úziós tényezőt (κ) és a molekuláris diff úziós együtthatót (D0) – valós értékeken alapulva – rögzítettük, így a kettő hányadosából képzett Lewis-szám állandó (Le = 714). A szimulációk eredményeként kiszámítottuk a Darcy-fl uxust (U) a modelltartományon, a teljes és a konduktív hőfl uxus viszonyát kifejező dimenziótlan Nusselt-számot (Nu), illetve a teljes és a diff úziós koncentrációfl uxus arányát mutató Sherwood-számot (Sh) a modell felszínén. A bemutatott modellelrendezésben mindkét felhajtóerő elősegítette a természetes konvekció megindulását. Az eredmények alapján hat különböző jellegű – α' és β' paraméterektől erősen függő – áramlást tudtunk elkülöníteni, amikor 1) nem történt áramlás, 2) stacionárius, 3) időfüggő halin, 4) kényszertermohalin, 5) stacionárius termohalin és 6) időfüggő termohalin konvekció alakult ki. Általánosan elmondható, hogy a hőtranszport erősen befolyásolta – majdhogynem felülírta – az anyagtranszportot. Ez annak köszönhető, hogy a közeg hődiff úziós tényezője két nagyságrenddel nagyobb a víz molekuláris diff úziós együtthatójánál (κ >> D0). Az elvégzett szimulációk felhívják a fi gyelmet a termohalin konvekciós áramlás fizikai hátterének megértésére. A jelenség előfordulhat például sódomok közelében lévő vízadó rétegekben, mély (hipogén) karsztosodott karbonátos vízadókban (pl. Budai-termálkarszt), geotermikus erőművek termelő- és visszasajtoló kútjainak környezetében, vagy szennyezett felszínalatti víz transzportja során.

Actions (login required)

Edit Item