| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Modellering af opvarmning ved dampinjektion (Modi)

2. Varmetransport ved dampinjektion

2.1 Damp

Damp kan defineres som en gasfase, der udelukkende består af vanddamp. I modsætning hertil er atmosfærisk luft en blanding af forskellige gasser (N₂, O₂, vanddamp osv.) med hvert deres partialtryk. Summen af disse partialtryk udgør det samlede tryk. I en gasfase, der er i kontakt med vand, vil partialtrykket af vanddamp i gasfasen ved ligevægt svare til vands damptryk ved den pågældende temperatur. Hvis partialtrykket er lavere end damptrykket, vil vand fordampe og i modsat fald kondensere. Luft i ligevægt med vand kaldes mættet luft.

Damptrykket stiger med temperaturen, hvilket er illustreret i nedenstående figur.

Figur 2.1
Vands damptryk som funktion af temperaturen.

Ved 100 °C har vand et damptryk, der svarer til det normale atmosfæretryk. Det betyder, at vand ved 100 °C og normalt atmosfæretryk (kogepunkt) vil være i ligevægt med damp, idet partialtrykket så vil være lig damptrykket, der igen vil være lig det totale tryk. I et sådant tofasesystem bestående af vand og damp vil energitilførsel ikke medføre opvarmning, idet alt energien vil gå til fordampning. For et tofasesystem defineres dampkvaliteten som den del af den totale mængde vand, der er på gasform. Hvis der kun er damp til stede er dampkvaliteten 100%, og der tales om mættet damp. Tilføres der energi til mættet damp, vil temperaturen stige, og man taler om overophedet damp.

Hvis damp blandes med atmosfærisk luft fås vandmættet luft ved en temperatur, der er bestemt af blandingsforholdet. Temperaturen findes ved at beregne vanddampenes partialtryk og derefter benytte Figur 2.1. Den mængde damp, der kondenserer for at opvarme luften, vil være forsvindende lille på grund af vands høje fordampningsvarme i forhold til varmekapaciteten for luft.

Når dampen injiceres i jord, vil den kondensere, eftersom damp ikke kan eksistere som selvstændig gasfase, hvis temperaturen er lavere end vands kogepunkt ved det pågældende tryk. Ved kondensationen frigives fordampningsvarmen, som opvarmer jordpartikler og porevand.

2.2 Konvektion

Konvektion er varmetransport mellem en fluid (gas, vand, etc.) og en stationær fase i dette tilfælde jord, når fluiden strømmer, hvor der er en temperaturgradient. Eksempelvis kan en kold fluid strømme igennem et varmt område, som herved nedkøles. Varmetransporten bestemmes af, hvor meget der strømmer, og hvor effektivt varmen overføres mellem fluiden og den stationære fase. Traditionelt er det primært den sidste del, der har været fokusområdet inden for varmelæren. Konvektion i jord er derimod udelukkende bestemt ved den første del, idet varmetransporten sker tilnærmelsesvist øjeblikkeligt på grund af de relativt lave strømningshastigheder og den store kontaktflade mellem jordpartiklerne og fluiden. Det kan således antages, at der er lokal termisk ligevægt, hvilket vil sige, at jordpartiklerne har den samme temperatur som den omgivende fluid.

I forbindelse med dampinjektion betyder det, at dampen kun strømmer, hvor jorden har damptemperatur.

2.3 Varmeledning

Transport af varme ved varmeledning sker som følge af bevægelser på atomart og molekylært niveau uden en egentlig stoftransport. Det kan eksempelvis være i en stillestående væske eller i et fast stof. Den hastighed, hvormed varmeledning sker er bestemt af temperaturgradienten og en stofspecifik parameter kaldet varmeledningskoefficienten.

Varmeledningen i jord foregår gennem jordpartiklerne, porevandet og poreluften, og en given jordtypes varmeledningskoefficient er derfor bestemt ud fra typen og fordelingen af mineralkornene, porøsiteten og vandmætningen.

I forbindelse med dampinjektion har varmeledning kun reel betydning uden for dampzonen og i lavpermeable lag, hvor der ingen dampstrømning er. I dampzonens primære udbredelsesretning kan varmeledning negligeres, eftersom varmetransporten ved konvektion foregår langt hurtigere.