Mechanism-Based Upscaling of Particle Clogging in Porous Media

Deze thesis onderzoekt hoe deeltjes verstopping veroorzaken in poreuze media — materialen met een netwerk van kleine, onderling verbonden poriën, zoals die voorkomen in filters, bodem of papier. Verstopping in deze materialen maakt het moeilijker voor vloeistoffen om erdoorheen te stromen, wat gevolgen heeft voor technologieën zoals waterfiltratie, grondwaterwinning en inkjetprinten. Om dit fenomeen te bestuderen is een speciaal ontworpen microfluïdische opstelling ontwikkeld waarmee in real-time kan worden geobserveerd hoe deeltjes zich door de poriën bewegen, zich hechten aan de poriewanden en geleidelijk de stroming belemmeren. Deze opstelling combineert Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) — een techniek om vloeistofstroming te volgen — met drukmetingen om de voortgang van verstopping vast te leggen. Uit de experimenten bleek dat kleine deeltjes dieper in het materiaal kunnen doordringen en zo effectiever tot verstopping leiden, terwijl grotere deeltjes eerder oppervlakkige lagen vormen die kleinere deeltjes vasthouden. Soms ontstaan daardoor smalle omleidingskanalen, zogenaamde wormholes. Om deze processen beter te begrijpen en te kunnen simuleren, werd een Pore Network Model (PNM) verbeterd met nieuwe regels gebaseerd op de experimentele bevindingen. Dit model vereenvoudigt de poreuze structuur tot een netwerk van poriën en verbindingen, en simuleert hoe de opeenhoping van deeltjes de stroming beïnvloedt — zoals de afname van permeabiliteit en veranderingen in de stromingspaden. Samen geven de experimentele inzichten en het verbeterde model een helderder en nauwkeuriger beeld van hoe verstopping zich ontwikkelt in poreuze media, wat helpt bij het ontwerpen van betere systemen om dit proces te beheersen of te voorkomen.