The decontamination of hazardous chemical agents from porous media is an important and critical part of the clean-up operation following a chemical weapon attack. Decontamination is often achieved through the application of a cleanser, which reacts on contact with an agent to neutralise it. While it is relatively straightforward to write down a model that describes the interplay of the agent and cleanser on the scale of the pores in the porous medium, it is computationally expensive to solve such a model over realistic spill sizes.In this paper, we consider the homogenisation of a pore-scale model for the interplay between agent and cleanser, with the aim of generating simplified models that can be solved more easily on the spill scale but accurately capture the microscale structure and chemical activity. We consider two situations: one in which the agent completely fills local porespaces and one in which it does not. In the case when the agent does not completely fill the porespace, we use established homogenisation techniques to systematically derive a reaction–diffusion model for the macroscale concentration of cleanser. However, in the case where the agent completely fills the porespace, the homogenisation procedure is more in-depth and involves a two-timescale approach coupled with a spatial boundary layer. The resulting homogenised model closely resembles the microscale model with the effect of the porous material being incorporated into the parameters. The two models cater for two different spill scenarios and provide the foundation for further study of reactive decontamination.

中文翻译：

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反应性去污中的均质化问题

从多孔介质中去除有害化学试剂是化学武器袭击后清理操作的重要和关键部分。去污通常是通过使用清洁剂来实现的，清洁剂在与试剂接触时会发生反应以中和它。虽然在多孔介质的孔隙尺度上写下一个描述试剂和清洁剂相互作用的模型相对简单，但在实际溢出大小上求解这样一个模型的计算成本很高。在本文中，我们考虑用于药剂和清洁剂之间相互作用的孔隙尺度模型的均质化，目的是生成简化模型，可以更容易地在溢出尺度上求解，但准确捕捉微观结构和化学活性。我们考虑两种情况：一种是药剂完全填充局部孔隙空间，另一种是不填充。在试剂未完全填充孔隙空间的情况下，我们使用已建立的均化技术系统地推导出清洁剂宏观浓度的反应扩散模型。然而，在药剂完全填充孔隙空间的情况下，均质化过程更深入，并且涉及与空间边界层相结合的双时间尺度方法。由此产生的均质模型与微尺度模型非常相似，其中多孔材料的影响被纳入参数中。这两个模型适用于两种不同的泄漏场景，并为进一步研究反应性去污提供了基础。在试剂未完全填充孔隙空间的情况下，我们使用已建立的均质化技术系统地推导出清洁剂宏观浓度的反应扩散模型。然而，在药剂完全填充孔隙空间的情况下，均质化过程更深入，并且涉及与空间边界层相结合的双时间尺度方法。由此产生的均质模型与微尺度模型非常相似，其中多孔材料的影响被纳入参数中。这两个模型适用于两种不同的泄漏场景，并为进一步研究反应性去污提供了基础。在试剂未完全填充孔隙空间的情况下，我们使用已建立的均化技术系统地推导出清洁剂宏观浓度的反应扩散模型。然而，在药剂完全填充孔隙空间的情况下，均质化过程更深入，并且涉及与空间边界层相结合的双时间尺度方法。由此产生的均质模型与微尺度模型非常相似，其中多孔材料的影响被纳入参数中。这两个模型适用于两种不同的泄漏场景，并为进一步研究反应性去污提供了基础。我们使用已建立的均质化技术系统地推导出清洁剂宏观浓度的反应扩散模型。然而，在药剂完全填充孔隙空间的情况下，均质化过程更深入，并且涉及与空间边界层相结合的双时间尺度方法。由此产生的均质模型与微尺度模型非常相似，其中多孔材料的影响被纳入参数中。这两个模型适用于两种不同的泄漏场景，并为进一步研究反应性去污提供了基础。我们使用已建立的均质化技术系统地推导出清洁剂宏观浓度的反应扩散模型。然而，在药剂完全填充孔隙空间的情况下，均质化过程更深入，并且涉及与空间边界层相结合的双时间尺度方法。由此产生的均质模型与微尺度模型非常相似，其中多孔材料的影响被纳入参数中。这两个模型适用于两种不同的泄漏场景，并为进一步研究反应性去污提供了基础。由此产生的均质模型与微尺度模型非常相似，其中多孔材料的影响被纳入参数中。这两个模型适用于两种不同的泄漏场景，并为进一步研究反应性去污提供了基础。由此产生的均质模型与微尺度模型非常相似，其中多孔材料的影响被纳入参数中。这两个模型适用于两种不同的泄漏场景，并为进一步研究反应性去污提供了基础。