Многократная пропитка пористой среды в условиях микрогравитации: экспериментальные исследования и математическое моделирование

В работе рассматривается процесс многократной пропитки пористой среды за счет капиллярных сил в условиях микрогравитации. Подобные исследования имеют большое значения как для космических технологий, так и для земных приложений. Например, на космической станции течение жидкости за счет капиллярных эффектов можно наблюдать в тепловых трубках, очистных системах, в гидропонных системах для выращивания растений. В условиях земной гравитации капиллярные эффекты могут также оказывать существенное влияние на фильтрационные течения, например при добыче углеводородов, когда происходит одновременное течение нескольких флюидов сквозь порисую среду.
Наблюдение капиллярных эффектов при обычной гравитации затруднено, так как действие силы тяжести преобладает над капиллярными силами, маскируя некоторые важные аспекты. В данной работе рассматриваются эксперименты по течению жидкости сквозь высокопроницаемую пористую среду во время параболических полетов. Результаты экспериментов показали, что с каждой последующей параболой жидкость поднимается выше, т.е. наблюдается более интенсивная пропитка в уже смоченной среде. Для моделирования таких процессов требуются специальные математические модели, учитывающие гистерезис. В статье описаны такие модели и представлены результаты численного моделирования на их основе. Приведено сравнение экспериментальных данных и результатов численного моделирования фильтрационных потоков жидкости, показана возможность определения неизвестных эмпирических констант на экспериментальном базисе.