Partikkeltransport

Partikkeltransport refererer til bevegelse av discrete partikler gjennom et medium. Begrepet brukes i flere fagfelt, blant annet fysikk, kjemi, miljøteknikk, biologi og materialvitenskap, og omfatter både passive prosesser drevet av eksisterende krefter og aktive prosesser hvor partikler flyttes av energikilder.

De viktigste mekanismene er diffusjon, adveksjon og sedimentasjon. Diffusjon er en tilsynelatende tilfeldig bevegelse som følger termisk aktivitet og konsentrasjonsgradienter, ofte beskrevet av Ficks lover og diffusjonskoeffisienter. Adveksjon innebærer transport av partikler med en bulkstrøm av væske eller gass, mens sedimentasjon er avsetning under påvirkning av tyngdekraft eller spesifikke krefter. Elektrofysisk transport, som elektroforese og dielektrofose, beskriver partikkelbevegelse i elektriske felt, og Brownsk bevegelse refererer til små partikler som svinger i randsonen mellom diffusjon og termisk støt.

Matematisk modelleres partikkeltransport ofte med konveksjon-diffusjons-likninger. En vanlig form er konveksjon-diffusjon-ligningen: ∂C/∂t + v·∇C = ∇·(D∇C) + k, der C er konsentrasjon, v er væskestrømmen, D er diffusjonskoeffisienten, og k representerer kilder eller tap. I hydrogeologi brukes ofte adveksjon-dispersjonsligningen, mens i halvlederteknologi brukes drift-diffusjon-modeller. Pekeparameteret PecletPe = UL/D gir en indikasjon på forholdet mellom adveksjon og diffusjon.

Anvendelser inkluderer spredning av forurensninger i jord og vann, transport av partikler i luften eller medisinske partikler i kroppen, filtrering og depasjon i industriell og medisinsk kontekst, samt modellering av bærere i elektroniske materialer. Utfordringer inkluderer heterogenitet i medier, partikkelstørrelse, og samspillet mellom flere transportmechanismer.