由球形点源注入产生的反应混合前沿的生长与停止

《Environmental Science & Technology》：Growth and Arrest of Reactive Mixing Fronts from Spherical Point-Source Injections

　　三维介质中点源注入引发双分子氧化还原反应稳态球体的实验研究，测量产物分布、前沿位置及生成量随时间变化，发现稳态前沿半径与流量呈正相关，与扩散系数比和初始浓度比的对数呈负相关。验证三维球形几何中反应前沿理论预测，分析扩散差异对前沿位置、宽度、最大反应速率及总产物的影响。

　　

在许多环境中的反应过程中，当反应物A从点源注入含有反应物B的三维介质中时，会形成化学前沿，随后发生双分子反应A + B → C。尽管双分子反应前沿在平面和圆柱形几何结构中已被广泛研究，但其在球形结构中的动态特性仍缺乏实验验证，尽管这些特性对环境应用具有重要意义。通过使用基于水凝胶的介质中的双分子氧化还原反应，我们实验性地证明了在三维多孔介质中进行点状注入可以形成一个自组织的静止球体，其中反应区域始终保持固定的半径。我们测量了这些反应混合前沿的空间分布、前沿位置以及随时间生成的产品量。静止前沿的半径与流速成线性关系，与扩散系数比和对数初始浓度比成反比。我们利用这一实验数据集来验证关于三维（3D）空间中反应元素点注入时反应前沿生长和停止的最新理论预测。此外，我们还通过数值方法分析了反应物扩散性差异对前沿位置、宽度、最大反应速率和总产物生成量的影响。这些发现揭示了反应传输中新的动态机制，强调了在涉及地下反应溶质点注入的各种环境应用中，考虑完整的三维反应动力学建模的重要性。