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Title: Caratterizzazione della permeabilità in mezzi porosi sintetici e naturali.
Other Titles: Characterization of permeability of natural and reconstructed porous media
Authors: Siena, Martina
Supervisore/Tutore: Riva, Monica
Fiorotto, Virgilio
Guadagnini, Alberto
Issue Date: 23-Apr-2013
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: La presente tesi ha come principale obiettivo lo studio della variabilità di proprietà idrologiche in mezzi porosi, con particolare attenzione alla permeabilità. A tal fine, ci si avvale di un approccio che combina l'analisi di proprietà statistiche e di scaling applicata a dataset di permeabilità, con lo studio di risultati numerici di simulazioni di flusso alla microscala in mezzi porosi. Con la prima analisi è possibile caratterizzare variazioni di permeabilità alla scala di misura (tipicamente dell'ordine del centimetro), mentre la seconda analisi dà una descrizione dell'eterogeneità di permeabilità ad una scala inferiore (nell'ordine del millimetro), ottenuta risolvendo processi fisici alla scala dei pori e derivando le quantità integrali di interesse. L'analisi statistica e di scaling, effettuata sia su distribuzioni di permeabilità sintetiche, sia su dataset raccolti su campioni reali, avvalora la validità dei modelli truncated fractional Brownian motion (tfBm) e truncated fractional Gaussian noise (tfGn), o di processi random sub-Gaussiani ad essi subordinati, per l'interpretazione della variabilità di proprietà idrologiche. Soluzioni numeriche di campi di flusso (i.e. velocità e pressione) alla scala dei pori sono ottenute sia per campioni sintetici, sia per campioni reali, la cui geometria è ricostruita mediante micro-tomografia a raggi X. Diverse metodologie di applicazione delle condizioni al contorno in corrispondenza dell'interfaccia liquido-solido forniscono risultati qualitativamente simili sia in termini di quantità microscopiche, sia in termini di quantità medie.
The work is aimed at providing some insights on the variability of hydrological properties in porous media, focusing in particular on permeability. We consider an approach which combines scaling and statistical analyses of air-permeability datasets with pore-scale numerical simulations of flow through porous media. The former investigation allows to characterize permeability heterogeneity at the centimeter observation scale; the latter provides a description of heterogeneity on a millimeter scale by resolving physical processes occurring at the microscopic scale and deriving up-scaled quantities. Scaling and statistical analyses performed on synthetic permeability distributions as well as on datasets collected on real media support the identification of truncated fractional Brownian motion (tfBm) or truncated fractional Gaussian noise (tfGn) and of sub-Gaussian random processes subordinated to tfBm (or tfGn) as viable models for the interpretation of hydrological properties variability. Pore-scale numerical solutions of flow (i.e., in terms of velocity and pressure distributions) are performed on both randomly generated samples and real porous media reconstructed via X-ray Micro-Tomography. Different approaches for the enforcement of boundary conditions at the fluid-solid interface provide qualitatively similar results in terms of both microscopic and averaged quantities.
Ciclo di dottorato: XXV Ciclo
metadata.dc.subject.classification: SCUOLA DI DOTTORATO DI ENVIRONMENTAL AND INDUSTRIAL FLUID MECHANICS
Description: 2011/2012
Keywords: Mezzi porosi
Porous media
Permeabilità
Permeability
Power-law scaling
Pore-scale modeling
Immersed Boundary method
Processi random
Random processes
Language: en
Type: Doctoral Thesis
Settore scientifico-disciplinare: ICAR/01 IDRAULICA
NBN: urn:nbn:it:units-10079
Appears in Collections:Ingegneria civile e architettura

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