Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla

Vesa Tukiainen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Diplomityössä selvitettiin VTT:llä aiemmin käyttöönotetun virtaus- ja kulkeutumismallin FTRANS käyttömahdollisuuksia laboratoriomittakaavassa tehtyjen kokeiden mallintamiseen ja tulkintaan. Mallia kehitettiin aiempaa paremmin soveltuvaksi laboratoriossa tehtyjen kokeiden tulkintaan. Suurimpana muutoksena malliin lisättiin ominaisuus, jolla radionuklidien kiinnittyminen kiven mineraalipinnoille eli sorptio voidaan kuvataan kineettisesti. Merkkiainekokeita on tehty Helsingin yliopiston radiokemian laitoksella (HYRL). Koetyyppeinä mallinnettaviksi ajateltiin batch-kokeita ja virtauskolonnikokeita. Batch-kokeissa tutkitaan veteen liuenneiden radionuklidien vuorovaikutusta kivimurskeen tai kiinteiden kivilohkojen kanssa. Virtauskolonnikokeissa taas tutkitaan radionuklidien kulkeutumista virtaavan veden mukana keinotekoisesti valmistetun virtauskolonnin läpi. Virtauskolonneina käytetään joko murskeella täytettyjä putkia tai keinotekoisesti valmistettuja rakoja. Batch-kokeissa vaikuttav ina mekanismeina voidaan FTRANS:ssa ottaa huomioon sorptio murskeen tai kiinteiden lohkojen ulkopinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa. Virtauskolonnikokeiden tulkinnassa voidaan mekanismeina huomioida kulkeutuminen keskimääräisen virtauksen mukana, dispersio, sorptio murskeen ulkopinnoille tai rakojen pinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa, mistä käytetään termiä matriisidiffuusio. Sorptio voidaan uudessa osamallissa kuvata aiemmasta poiketen kineettisenä reaktiona. Rakokolonneilla tehtävien kokeiden mallinnukseen kehitettiin menetelmä, jossa matriisidiffuusion vaikutus voidaan teoriassa tunnistaa mitatun läpäisypulssin käyttäytymisestä pulssin maksimia selvästi suuremmilla ajanhetkillä. Tehtyjä kokeita tulkittiin malleilla, joissa käytettiin erilaisia vaikuttavien mekanismien yhdistelmiä. Batch-kokeissa mittauksia parhaiten selittävä malli vaihteli kokeessa käytetystä kivilajista ja murskekoosta riippuen. Virtauskolonnikokeista mal linnettiin ainoastaan raoilla tehtyjä kokeita. Sorboitumattomien merkkiaineiden kokeita ei täysin pysytty selittämään keskimääräisellä virtauksella ja pitkittäisellä dispersiolla. Näillä parametreilla joudutaan käytännössä kuvaamaan raossa esiintyvien virtausvaihteluiden vaikutus kulkeutumiseen, koska todellista virtauskenttää ei tunneta. Sorboituvien aineiden mittauksien mallinnuksen yhteydessä voitiin todeta, että matriisidiffuusion vaikutusten tunnistaminen kehitetyllä menetelmällä vaikuttaa lupaavalta. Koska raon virtausolosuhteiden vaikutusta ei pystytty mallinnuksessa täydellisesti kuvaamaan, ei tämän työn yhteydessä voitu päästä täyteen varmuuteen rakokolonnikokeissa vaikuttavista mekanismeista. Tulevien kokeiden suunnittelua varten esitettiin kaksi koeolosuhteisiin liittyvää parametria joista toinen liittyy virtausolosuhteiden hallitsemiseen sorboitumattomilla merkkiaineilla ja toinen mittausajan hallitsemiseen sorboituvilla merkkiaineilla. Batch-kokeiden kannalta FTRANS tar joaa riittävät mallinnusmahdollisuudet kokeiden tulkintaan. Virtauskolonnikokeiden mallinnukseen FTRANS soveltuu hyvin, mikäli kolonnin todellisen virtauskentän vaikutus pysytään efektiivisesti kuvaamaan keskimääräisellä virtausnopeudella ja pitkittäisellä dispersiokertoimella eli 1-dimensioisella advektio-dispersio yhtälöllä.
Original languageFinnish
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages125
Publication statusPublished - 2000
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesVTT Energian Raportteja
Number17/2000
ISSN1457-3350

Keywords

  • merkkiainekokeet
  • radionuklidit
  • mallinnus

Cite this

Tukiainen, V. (2000). Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Energian Raportteja, No. 17/2000
Tukiainen, Vesa. / Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla. VTT Technical Research Centre of Finland, 2000. 125 p. (VTT Energian Raportteja; No. 17/2000).
@book{144e8f3aa4ce463e9b85c5e794024b8b,
title = "Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla",
abstract = "Diplomity{\"o}ss{\"a} selvitettiin VTT:ll{\"a} aiemmin k{\"a}ytt{\"o}{\"o}notetun virtaus- ja kulkeutumismallin FTRANS k{\"a}ytt{\"o}mahdollisuuksia laboratoriomittakaavassa tehtyjen kokeiden mallintamiseen ja tulkintaan. Mallia kehitettiin aiempaa paremmin soveltuvaksi laboratoriossa tehtyjen kokeiden tulkintaan. Suurimpana muutoksena malliin lis{\"a}ttiin ominaisuus, jolla radionuklidien kiinnittyminen kiven mineraalipinnoille eli sorptio voidaan kuvataan kineettisesti. Merkkiainekokeita on tehty Helsingin yliopiston radiokemian laitoksella (HYRL). Koetyyppein{\"a} mallinnettaviksi ajateltiin batch-kokeita ja virtauskolonnikokeita. Batch-kokeissa tutkitaan veteen liuenneiden radionuklidien vuorovaikutusta kivimurskeen tai kiinteiden kivilohkojen kanssa. Virtauskolonnikokeissa taas tutkitaan radionuklidien kulkeutumista virtaavan veden mukana keinotekoisesti valmistetun virtauskolonnin l{\"a}pi. Virtauskolonneina k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n joko murskeella t{\"a}ytettyj{\"a} putkia tai keinotekoisesti valmistettuja rakoja. Batch-kokeissa vaikuttav ina mekanismeina voidaan FTRANS:ssa ottaa huomioon sorptio murskeen tai kiinteiden lohkojen ulkopinnoille sek{\"a} diffuusio ja sorptio kiven sis{\"a}isiss{\"a} huokosissa. Virtauskolonnikokeiden tulkinnassa voidaan mekanismeina huomioida kulkeutuminen keskim{\"a}{\"a}r{\"a}isen virtauksen mukana, dispersio, sorptio murskeen ulkopinnoille tai rakojen pinnoille sek{\"a} diffuusio ja sorptio kiven sis{\"a}isiss{\"a} huokosissa, mist{\"a} k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n termi{\"a} matriisidiffuusio. Sorptio voidaan uudessa osamallissa kuvata aiemmasta poiketen kineettisen{\"a} reaktiona. Rakokolonneilla teht{\"a}vien kokeiden mallinnukseen kehitettiin menetelm{\"a}, jossa matriisidiffuusion vaikutus voidaan teoriassa tunnistaa mitatun l{\"a}p{\"a}isypulssin k{\"a}ytt{\"a}ytymisest{\"a} pulssin maksimia selv{\"a}sti suuremmilla ajanhetkill{\"a}. Tehtyj{\"a} kokeita tulkittiin malleilla, joissa k{\"a}ytettiin erilaisia vaikuttavien mekanismien yhdistelmi{\"a}. Batch-kokeissa mittauksia parhaiten selitt{\"a}v{\"a} malli vaihteli kokeessa k{\"a}ytetyst{\"a} kivilajista ja murskekoosta riippuen. Virtauskolonnikokeista mal linnettiin ainoastaan raoilla tehtyj{\"a} kokeita. Sorboitumattomien merkkiaineiden kokeita ei t{\"a}ysin pysytty selitt{\"a}m{\"a}{\"a}n keskim{\"a}{\"a}r{\"a}isell{\"a} virtauksella ja pitkitt{\"a}isell{\"a} dispersiolla. N{\"a}ill{\"a} parametreilla joudutaan k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}ss{\"a} kuvaamaan raossa esiintyvien virtausvaihteluiden vaikutus kulkeutumiseen, koska todellista virtauskentt{\"a}{\"a} ei tunneta. Sorboituvien aineiden mittauksien mallinnuksen yhteydess{\"a} voitiin todeta, ett{\"a} matriisidiffuusion vaikutusten tunnistaminen kehitetyll{\"a} menetelm{\"a}ll{\"a} vaikuttaa lupaavalta. Koska raon virtausolosuhteiden vaikutusta ei pystytty mallinnuksessa t{\"a}ydellisesti kuvaamaan, ei t{\"a}m{\"a}n ty{\"o}n yhteydess{\"a} voitu p{\"a}{\"a}st{\"a} t{\"a}yteen varmuuteen rakokolonnikokeissa vaikuttavista mekanismeista. Tulevien kokeiden suunnittelua varten esitettiin kaksi koeolosuhteisiin liittyv{\"a}{\"a} parametria joista toinen liittyy virtausolosuhteiden hallitsemiseen sorboitumattomilla merkkiaineilla ja toinen mittausajan hallitsemiseen sorboituvilla merkkiaineilla. Batch-kokeiden kannalta FTRANS tar joaa riitt{\"a}v{\"a}t mallinnusmahdollisuudet kokeiden tulkintaan. Virtauskolonnikokeiden mallinnukseen FTRANS soveltuu hyvin, mik{\"a}li kolonnin todellisen virtauskent{\"a}n vaikutus pysyt{\"a}{\"a}n efektiivisesti kuvaamaan keskim{\"a}{\"a}r{\"a}isell{\"a} virtausnopeudella ja pitkitt{\"a}isell{\"a} dispersiokertoimella eli 1-dimensioisella advektio-dispersio yht{\"a}l{\"o}ll{\"a}.",
keywords = "merkkiainekokeet, radionuklidit, mallinnus",
author = "Vesa Tukiainen",
year = "2000",
language = "Finnish",
series = "VTT Energian Raportteja",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "17/2000",
address = "Finland",

}

Tukiainen, V 2000, Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla. VTT Energian Raportteja, no. 17/2000, VTT Technical Research Centre of Finland.

Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla. / Tukiainen, Vesa.

VTT Technical Research Centre of Finland, 2000. 125 p. (VTT Energian Raportteja; No. 17/2000).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla

AU - Tukiainen, Vesa

PY - 2000

Y1 - 2000

N2 - Diplomityössä selvitettiin VTT:llä aiemmin käyttöönotetun virtaus- ja kulkeutumismallin FTRANS käyttömahdollisuuksia laboratoriomittakaavassa tehtyjen kokeiden mallintamiseen ja tulkintaan. Mallia kehitettiin aiempaa paremmin soveltuvaksi laboratoriossa tehtyjen kokeiden tulkintaan. Suurimpana muutoksena malliin lisättiin ominaisuus, jolla radionuklidien kiinnittyminen kiven mineraalipinnoille eli sorptio voidaan kuvataan kineettisesti. Merkkiainekokeita on tehty Helsingin yliopiston radiokemian laitoksella (HYRL). Koetyyppeinä mallinnettaviksi ajateltiin batch-kokeita ja virtauskolonnikokeita. Batch-kokeissa tutkitaan veteen liuenneiden radionuklidien vuorovaikutusta kivimurskeen tai kiinteiden kivilohkojen kanssa. Virtauskolonnikokeissa taas tutkitaan radionuklidien kulkeutumista virtaavan veden mukana keinotekoisesti valmistetun virtauskolonnin läpi. Virtauskolonneina käytetään joko murskeella täytettyjä putkia tai keinotekoisesti valmistettuja rakoja. Batch-kokeissa vaikuttav ina mekanismeina voidaan FTRANS:ssa ottaa huomioon sorptio murskeen tai kiinteiden lohkojen ulkopinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa. Virtauskolonnikokeiden tulkinnassa voidaan mekanismeina huomioida kulkeutuminen keskimääräisen virtauksen mukana, dispersio, sorptio murskeen ulkopinnoille tai rakojen pinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa, mistä käytetään termiä matriisidiffuusio. Sorptio voidaan uudessa osamallissa kuvata aiemmasta poiketen kineettisenä reaktiona. Rakokolonneilla tehtävien kokeiden mallinnukseen kehitettiin menetelmä, jossa matriisidiffuusion vaikutus voidaan teoriassa tunnistaa mitatun läpäisypulssin käyttäytymisestä pulssin maksimia selvästi suuremmilla ajanhetkillä. Tehtyjä kokeita tulkittiin malleilla, joissa käytettiin erilaisia vaikuttavien mekanismien yhdistelmiä. Batch-kokeissa mittauksia parhaiten selittävä malli vaihteli kokeessa käytetystä kivilajista ja murskekoosta riippuen. Virtauskolonnikokeista mal linnettiin ainoastaan raoilla tehtyjä kokeita. Sorboitumattomien merkkiaineiden kokeita ei täysin pysytty selittämään keskimääräisellä virtauksella ja pitkittäisellä dispersiolla. Näillä parametreilla joudutaan käytännössä kuvaamaan raossa esiintyvien virtausvaihteluiden vaikutus kulkeutumiseen, koska todellista virtauskenttää ei tunneta. Sorboituvien aineiden mittauksien mallinnuksen yhteydessä voitiin todeta, että matriisidiffuusion vaikutusten tunnistaminen kehitetyllä menetelmällä vaikuttaa lupaavalta. Koska raon virtausolosuhteiden vaikutusta ei pystytty mallinnuksessa täydellisesti kuvaamaan, ei tämän työn yhteydessä voitu päästä täyteen varmuuteen rakokolonnikokeissa vaikuttavista mekanismeista. Tulevien kokeiden suunnittelua varten esitettiin kaksi koeolosuhteisiin liittyvää parametria joista toinen liittyy virtausolosuhteiden hallitsemiseen sorboitumattomilla merkkiaineilla ja toinen mittausajan hallitsemiseen sorboituvilla merkkiaineilla. Batch-kokeiden kannalta FTRANS tar joaa riittävät mallinnusmahdollisuudet kokeiden tulkintaan. Virtauskolonnikokeiden mallinnukseen FTRANS soveltuu hyvin, mikäli kolonnin todellisen virtauskentän vaikutus pysytään efektiivisesti kuvaamaan keskimääräisellä virtausnopeudella ja pitkittäisellä dispersiokertoimella eli 1-dimensioisella advektio-dispersio yhtälöllä.

AB - Diplomityössä selvitettiin VTT:llä aiemmin käyttöönotetun virtaus- ja kulkeutumismallin FTRANS käyttömahdollisuuksia laboratoriomittakaavassa tehtyjen kokeiden mallintamiseen ja tulkintaan. Mallia kehitettiin aiempaa paremmin soveltuvaksi laboratoriossa tehtyjen kokeiden tulkintaan. Suurimpana muutoksena malliin lisättiin ominaisuus, jolla radionuklidien kiinnittyminen kiven mineraalipinnoille eli sorptio voidaan kuvataan kineettisesti. Merkkiainekokeita on tehty Helsingin yliopiston radiokemian laitoksella (HYRL). Koetyyppeinä mallinnettaviksi ajateltiin batch-kokeita ja virtauskolonnikokeita. Batch-kokeissa tutkitaan veteen liuenneiden radionuklidien vuorovaikutusta kivimurskeen tai kiinteiden kivilohkojen kanssa. Virtauskolonnikokeissa taas tutkitaan radionuklidien kulkeutumista virtaavan veden mukana keinotekoisesti valmistetun virtauskolonnin läpi. Virtauskolonneina käytetään joko murskeella täytettyjä putkia tai keinotekoisesti valmistettuja rakoja. Batch-kokeissa vaikuttav ina mekanismeina voidaan FTRANS:ssa ottaa huomioon sorptio murskeen tai kiinteiden lohkojen ulkopinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa. Virtauskolonnikokeiden tulkinnassa voidaan mekanismeina huomioida kulkeutuminen keskimääräisen virtauksen mukana, dispersio, sorptio murskeen ulkopinnoille tai rakojen pinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa, mistä käytetään termiä matriisidiffuusio. Sorptio voidaan uudessa osamallissa kuvata aiemmasta poiketen kineettisenä reaktiona. Rakokolonneilla tehtävien kokeiden mallinnukseen kehitettiin menetelmä, jossa matriisidiffuusion vaikutus voidaan teoriassa tunnistaa mitatun läpäisypulssin käyttäytymisestä pulssin maksimia selvästi suuremmilla ajanhetkillä. Tehtyjä kokeita tulkittiin malleilla, joissa käytettiin erilaisia vaikuttavien mekanismien yhdistelmiä. Batch-kokeissa mittauksia parhaiten selittävä malli vaihteli kokeessa käytetystä kivilajista ja murskekoosta riippuen. Virtauskolonnikokeista mal linnettiin ainoastaan raoilla tehtyjä kokeita. Sorboitumattomien merkkiaineiden kokeita ei täysin pysytty selittämään keskimääräisellä virtauksella ja pitkittäisellä dispersiolla. Näillä parametreilla joudutaan käytännössä kuvaamaan raossa esiintyvien virtausvaihteluiden vaikutus kulkeutumiseen, koska todellista virtauskenttää ei tunneta. Sorboituvien aineiden mittauksien mallinnuksen yhteydessä voitiin todeta, että matriisidiffuusion vaikutusten tunnistaminen kehitetyllä menetelmällä vaikuttaa lupaavalta. Koska raon virtausolosuhteiden vaikutusta ei pystytty mallinnuksessa täydellisesti kuvaamaan, ei tämän työn yhteydessä voitu päästä täyteen varmuuteen rakokolonnikokeissa vaikuttavista mekanismeista. Tulevien kokeiden suunnittelua varten esitettiin kaksi koeolosuhteisiin liittyvää parametria joista toinen liittyy virtausolosuhteiden hallitsemiseen sorboitumattomilla merkkiaineilla ja toinen mittausajan hallitsemiseen sorboituvilla merkkiaineilla. Batch-kokeiden kannalta FTRANS tar joaa riittävät mallinnusmahdollisuudet kokeiden tulkintaan. Virtauskolonnikokeiden mallinnukseen FTRANS soveltuu hyvin, mikäli kolonnin todellisen virtauskentän vaikutus pysytään efektiivisesti kuvaamaan keskimääräisellä virtausnopeudella ja pitkittäisellä dispersiokertoimella eli 1-dimensioisella advektio-dispersio yhtälöllä.

KW - merkkiainekokeet

KW - radionuklidit

KW - mallinnus

M3 - Report

T3 - VTT Energian Raportteja

BT - Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

ER -

Tukiainen V. Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla. VTT Technical Research Centre of Finland, 2000. 125 p. (VTT Energian Raportteja; No. 17/2000).