Characterization of Multi-Phase Fluid Displacement in Porous Media during Drying by means of X-Ray Micro Computed Tomography

Fluid displacement in porous media during slow drying in controlled atmosphere is explored on the pore-level, by using the technique of X-ray micro computed tomography. To this end, a regular, porous sample body of micro-metric dimensions, which exhibits a predefined pore structure and wettabilty, is conceived and produced on basis of a set of preliminary experiments. After infusion with distilled water, the drying behavior of the sample in a controlled atmosphere is investigated. Subsequently a set of tomographic experiments is defined and conducted, and the resulting data is evaluated. One main focus point is set on the optimization of the whole process chain of acquiring high-resolution tomographic data. This includes the sample preparation, definition of scanning parameters, reconstruction approaches, as well as image processing and segmentation. A systematic approach in all of those domains provides insight into the existing shortcomings and the existing, as well as the yet untapped potential of X-ray micro computed tomography as a tool to investigate drying processes on the pore-level. The second main focus point is set onto the segmentation of the data and the information content of the segmented data regarding pore-level fluid displacement events during drying. Pore network models are extracted and relayed in combination with the evaluated data to related research projects on simulation and visualization for further usage and validation purposes.

Lo spostamento del fluido in mezzi porosi durante la lenta essiccazione in atmosfera controllata viene esplorato a livello dei pori, utilizzando la tecnica della micro tomografia computerizzata a raggi X. A tal fine, un corpo campione regolare, poroso e di dimensioni micro-metriche, che presenta una struttura dei pori e una bagnabilità predefinite, è concepito e prodotto sulla base di una serie di esperimenti preliminari. Dopo l’infusione con acqua distillata, viene studiato il comportamento di essiccazione del campione in atmosfera controllata. Successivamente viene definita e condotta una serie di esperimenti tomografici e vengono valutati i dati risultanti. Un punto focale principale è l’ottimizzazione dell’intera catena del processo di acquisizione dei dati tomografici ad alta risoluzione. Questo include la preparazione del campione, la definizione dei parametri di scansione, gli approcci di ricostruzione, così come l’elaborazione e la segmentazione delle immagini. Un approccio sistematico in tutti questi settori fornisce una visione d’insieme delle lacune esistenti e delle potenzialità ancora non sfruttate della tomografia micro computata a raggi X come strumento per studiare i processi di essiccazione a livello dei pori. Il secondo punto focale principale è la segmentazione dei dati e il contenuto informativo dei dati segmentati relativi agli eventi di spostamento dei fluidi a livello dei pori durante l’essiccamento. I modelli di rete dei pori vengono estratti e trasmessi, in combinazione con i dati valutati, a progetti di ricerca correlati sulla simulazione e la visualizzazione per ulteriori usi e scopi di validazione.