地下水中的受控离子传输：耦合的对流-扩散-电迁移系统
摘要：地下水污染对城市化过程中的环境可持续性构成重大威胁。现有的修复方法如抽水和处理以及电动力学技术对离子迁移控制有限。本研究引入了一种耦合对流-扩散-电迁移系统，以控制地下离子迁移。利用格子玻尔兹曼-泊松方法，模拟了不同二维和三维多孔介质中的离子迁移。我们基于Peclet数（Pe）和新颖的电扩散指数（EDI）建立了一个离子迁移机制分类体系。通过调节电位、静压力和离子浓度，我们确定了四种迁移机制：大通道、均匀流动、小通道和无流动。当对流占主导地位时，会出现大通道现象，而当扩散和电迁移更为显著时，会出现均匀流动。当对流与电迁移和扩散相对抵消时，会发生小通道现象，而当对流或电迁移阻碍了通过扩散的离子迁移时，会出现无流动。在异质模型中进行的模拟实验证实了这些迁移机制，并突显了孔径变化对迁移机制的影响。因此，必须针对最优迁移控制调整Pe和EDI。这些发现有助于更好地控制离子迁移，优化重金属去除、生物修复和地下水管理中的污染物降解等过程。
作者：Kunning Tang, Zhenkai Bo, Zhe Li, Ying Da Wang, James McClure, Hongli Su, Peyman Mostaghimi, Ryan Armstrong
论文ID：2308.04668
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-10