Entranhamento dispersivo em correntes gravitacionais em meios porosos

Os efeitos da dispersão atuando sobre correntes gravitacionais que se propagam através de meios porosos são considerados teoricamente e experimentalmente. Exploramos a grande razão aspecto dessas correntes para formular um modelo de profundidade média da evolução da massa e da flutuabilidade. A dispersão, atuando predominantemente na interface entre a corrente e o ambiente, depende da velocidade e atua para entranhar fluido na corrente gravitacional, em diretta analogia com a mistura turbulenta. Aqui, mostramos que, quando a corrente gravitacional é alimentada por um fluxo constante de flutuabilidade e massa, a flutuabilidade da corrente é auto-similar e recupera a solução clássica para correntes gravitacionais em meios porosos. Em contraste, o perfil e a concentração média de profundidade da corrente evoluem de maneira não auto-similar. O volume total da corrente aumenta com o tempo devido a esse entranhamento dispersivo. Testamos nossas previsões teóricas usando um conjunto de experimentos de laboratório nos quais a evolução da concentração dentro da corrente foi mapeada usando uma técnica de atenuação de corante. Esses resultados experimentais mostram boa concordância com os limites de tempo inicial do nosso modelo teórico e, em particular, predizem com precisão a evolução do perfil de concentração média de profundidade. Esses resultados sugerem que a mistura dentro de meios porosos pode ser modelada usando um entranhamento dispersivo efetivo, cuja magnitude pode ser determinada pela estrutura subjacente do meio poroso.