Published August 31, 2021 | Version v1
Publication Open

Similarity solutions for early-time constant boundary flux imbibition in foams and soils

  • 1. University of Energy and Natural Resources
  • 2. University of Strathclyde

Description

Abstract The foam drainage equation and Richards equation are transport equations for foams and soils, respectively. Each reduces to a nonlinear diffusion equation in the early stage of infiltration during which time, flow is predominantly capillary driven, hence is effectively capillary imbibition. Indeed such equations arise quite generally during imbibition processes in porous media. New early-time solutions based on the van Genuchten relative diffusivity function for soils are found and compared with the same for drainage in foams. The moisture profiles which develop when delivering a known flux into these various porous materials are sought. Solutions are found using the principle of self-similarity. Singular profiles that terminate abruptly are obtained for soils, a contrast with solutions obtained for node-dominated foam drainage which are known from the literature (the governing equation being now linear is analogous to the linear equation for heat transfer). As time evolves, the moisture that develops at the top boundary when a known flux is delivered is greater in soils than in foams and is greater still in loamy soils than in sandstones. Similarities and differences between the various solutions for nonlinear and linear diffusion are highlighted. Graphic abstract

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص معادلة تصريف الرغوة ومعادلة ريتشاردز هي معادلات نقل للرغاوي والتربة، على التوالي. ويقلل كل منها إلى معادلة انتشار غير خطية في المرحلة المبكرة من التسرب التي يكون فيها التدفق مدفوعًا في الغالب بالشعيرات الدموية، وبالتالي يكون التشرب الشعري فعالًا. في الواقع، تنشأ مثل هذه المعادلات بشكل عام أثناء عمليات التشرب في الوسائط المسامية. تم العثور على حلول جديدة في وقت مبكر تعتمد على وظيفة الانتشار النسبي لفان جينوتشين للتربة ومقارنتها بنفس الطريقة للتصريف في الرغاوي. يتم البحث عن ملامح الرطوبة التي تتطور عند تقديم تدفق معروف في هذه المواد المسامية المختلفة. تم العثور على الحلول باستخدام مبدأ التشابه الذاتي. يتم الحصول على ملفات تعريف فردية تنتهي فجأة للتربة، على النقيض من المحاليل التي تم الحصول عليها لتصريف الرغوة التي تهيمن عليها العقدة والمعروفة من الأدبيات (المعادلة الحاكمة التي أصبحت خطية الآن مماثلة للمعادلة الخطية لنقل الحرارة). مع تطور الوقت، تكون الرطوبة التي تتطور عند الحد الأعلى عند تسليم تدفق معروف أكبر في التربة منها في الرغاوي وتكون أكبر في التربة الطينية منها في الأحجار الرملية. يتم تسليط الضوء على أوجه التشابه والاختلاف بين الحلول المختلفة للانتشار غير الخطي والخطي. الملخص الجرافيكي

Translated Description (French)

Résumé L'équation de drainage de la mousse et l'équation de Richards sont des équations de transport pour les mousses et les sols, respectivement. Chacun se réduit à une équation de diffusion non linéaire au stade précoce de l'infiltration au cours de laquelle le flux est principalement entraîné par les capillaires, d'où une imbibition capillaire efficace. En effet, de telles équations surviennent assez généralement lors des processus d'imbibition dans des milieux poreux. De nouvelles solutions précoces basées sur la fonction de diffusivité relative de van Genuchten pour les sols sont trouvées et comparées à la même pour le drainage dans les mousses. Les profils d'humidité qui se développent lors de l'administration d'un flux connu dans ces divers matériaux poreux sont recherchés. Les solutions sont trouvées en utilisant le principe d'auto-similarité. Des profils singuliers qui se terminent brusquement sont obtenus pour les sols, un contraste avec les solutions obtenues pour le drainage de la mousse dominé par les nœuds qui sont connues de la littérature (l'équation gouvernante étant maintenant linéaire est analogue à l'équation linéaire pour le transfert de chaleur). Au fil du temps, l'humidité qui se développe à la limite supérieure lorsqu'un flux connu est délivré est plus importante dans les sols que dans les mousses et est encore plus importante dans les sols limoneux que dans les grès. Les similitudes et les différences entre les différentes solutions de diffusion non linéaire et linéaire sont mises en évidence. Résumé graphique

Translated Description (Spanish)

Resumen La ecuación de drenaje de espuma y la ecuación de Richards son ecuaciones de transporte para espumas y suelos, respectivamente. Cada uno se reduce a una ecuación de difusión no lineal en la etapa temprana de la infiltración, tiempo durante el cual, el flujo es predominantemente impulsado por capilaridad, por lo tanto, es efectivamente imbibición capilar. De hecho, tales ecuaciones surgen de manera bastante general durante los procesos de imbibición en medios porosos. Se encuentran nuevas soluciones tempranas basadas en la función de difusividad relativa de van Genuchten para suelos y se comparan con las mismas para el drenaje en espumas. Se buscan los perfiles de humedad que se desarrollan cuando se suministra un fundente conocido en estos diversos materiales porosos. Las soluciones se encuentran utilizando el principio de autosimilaridad. Los perfiles singulares que terminan abruptamente se obtienen para los suelos, un contraste con las soluciones obtenidas para el drenaje de espuma dominado por nodos que se conocen de la literatura (la ecuación gobernante que ahora es lineal es análoga a la ecuación lineal para la transferencia de calor). A medida que pasa el tiempo, la humedad que se desarrolla en el límite superior cuando se entrega un flujo conocido es mayor en los suelos que en las espumas y es mayor aún en los suelos arcillosos que en las areniscas. Se destacan las similitudes y diferencias entre las diversas soluciones para la difusión no lineal y lineal. Resumen gráfico

Files

s10189-021-00112-y.pdf.pdf

Files (825.6 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:65edd1ece237aa13e725cd4a372df611
825.6 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
حلول التشابه لتشرب التدفق الحدودي المستمر في وقت مبكر في الرغاوي والتربة
Translated title (French)
Solutions de similarité pour l'imbibition précoce de flux limite constant dans les mousses et les sols
Translated title (Spanish)
Soluciones de similitud para la imbibición de flujo límite constante en espumas y suelos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3197307509
DOI
10.1140/epje/s10189-021-00112-y

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ghana

References

  • https://openalex.org/W1547445329
  • https://openalex.org/W1571050689
  • https://openalex.org/W1994746636
  • https://openalex.org/W2002103150
  • https://openalex.org/W2002851672
  • https://openalex.org/W2032600630
  • https://openalex.org/W2033218642
  • https://openalex.org/W2088359805
  • https://openalex.org/W2089588636
  • https://openalex.org/W2135406757
  • https://openalex.org/W2146694157
  • https://openalex.org/W2162604832
  • https://openalex.org/W2566614960
  • https://openalex.org/W2566939895
  • https://openalex.org/W3126821395
  • https://openalex.org/W4232359129
  • https://openalex.org/W71043078
  • https://openalex.org/W80644943