Inertial effects on fluid flow through low-porosity media
本文模拟重力驱动流体通过二维低孔隙度粗粒填充床，揭示高 Reynolds 数下惯性导致的优势通道、涡旋、流动不对称及曲折度与视渗透率的反常关联。
2025-05-15 physics.flu-dyn
The role of porosity in the transition to inertial regime in porous media flows
本文通过孔隙尺度数值模拟研究多孔介质流动从达西区向惯性区转变的机制，明确孔隙度对涡旋生长动力学的调控作用，揭示不同迂曲度定义的差异来源与应用价值。
2025-11-17 physics.flu-dyn
Surface permeability and surface flow tortuosity of particulate porous media
在低饱和度下，颗粒多孔介质中的分散过程发生在组成颗粒的表面元素上，正如我们先前通过与实验比较发现的那样，可以用超快速非线性扩散偏微分方程精确描述。为了提高数学模型在实际应用中的预测能力，需要了解颗粒接触系综的有效表面渗透率，这可以与颗粒介质的宏观渗透率直接相关。我们以前已经表明，一个单一的颗粒元素的渗透率可以通过拉普拉斯-贝尔特拉米Dirichlet边界值问题的解决方案，准确地确定。在这里，我们演示了如何将该方法应用于研究随机堆积的互连粒子系综的渗透性。使用表面有限元技术，我们研究数值解的Laplace-Beltrami问题集的多连通域的互连粒子。我们能够严格地估计曲折的影响，在粒子系综设置的表面流动。
2019-06-05 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Prediction of resistance induced by surface complexity in lubricating layers: Application to super-hydrophobic surfaces
超疏水（SH）涂层广泛用于在各种应用中减轻阻力。许多研究表明，这些材料产生的有益的壁滑移效应消失在层流制度。被认为是背后的性能下降的主要机制是马兰戈尼引起的应力和空气/液体界面变形。在本研究中，提出了一种新的机制来解释SH表面的性能损失在层流制度。在这里，我们考虑的气流内的胸甲和相关的动量损失引起的粗糙元素具有不同的几何特征。胸甲内的空气运动的影响耦合到外部流体的均匀边界条件的方法。为此，在粗糙度元素的规模进行了数值模拟作为一个功能的孔隙度和弯曲度的域，以确定在空气-液体界面处的滑移速度。然后在外流的理论模型中实现均匀化边界条件，以计算低$Re$数时SH球上的阻力。层流SH落球实验表明，当考虑减阻时，高的弯曲度值和低的孔隙率值导致性能损失。正如预期的那样，具有低弯曲度和相似孔隙率的3D打印球体表现出接近最佳的阻力降低。预测值和实验之间的比较研究表明，均匀化模型是能够准确地预测SH表面上的阻力的值的孔隙度和曲折度估计从显微镜图像的SH纹理表面。
2022-03-22 physics.flu-dyn
Viscous Transport in Eroding Porous Media
粘性流体通过多孔介质的传输是孔隙结构的直接结果。在这里，我们调查运输通过一个特定的类的二维多孔几何形状，即那些由流体机械侵蚀。我们通过分析示踪剂轨迹的前两个统计矩来研究曲折度和分散度。对于大多数初始构型，由于侵蚀增加孔隙度，弯曲度随时间减小。然而，我们发现在某些情况下，曲折度也可以瞬时增加。从我们的模拟结果的孔隙度-弯曲度的关系进行了比较，在文献中可用的模型。渐近扩散率也强烈地受到侵蚀过程的影响，以及侵蚀体的数量和分布。最后，我们分析了腐蚀几何的孔径分布。通过结合高保真边界积分方程求解器的流体方程，二阶稳定的时间步进方法来模拟侵蚀，和新的数值方法来稳定和准确地解决近接触侵蚀体和粒子轨迹附近的侵蚀体进行模拟。
2019-10-18 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A machine learning based method to generate random packed isotropic porous media with desired porosity and permeability
多孔材料在能源、农业、医疗等领域有着广泛的应用。数字多孔介质的产生为真实多孔介质的制作和性能分析提供了便利。以往的随机数字多孔介质生成方法无法生成具有特定渗透率的多孔介质。提出了一种新的生成具有特定孔隙度和渗透率的随机填充各向同性多孔介质的方法。首先，详细介绍了随机堆积各向同性多孔介质的生成过程。其次，利用多重弛豫时间格子玻尔兹曼方法（LBM）计算了生成的多孔介质的渗透率，为训练卷积神经网络（CNN）做准备。第三，用3000个多孔介质微观结构及其渗透率的样本对CNN模型进行训练。训练后的模型在预测多孔介质的渗透率方面是非常有效的。最后，对该方法进行了阐述，并对该方法中目标渗透率的选择进行了讨论。在功能强大的计算机支持下，可以在短时间内生成满足孔隙度和渗透率误差条件的多孔介质。
2022-08-22 physics.flu-dyn
The Impact of Sub-Resolution Porosity on Numerical Simulations of Multiphase Flow
亚分辨率孔隙度（SRP）是数字岩石物理中普遍存在但经常被忽视的特征。它体现了图像分辨率和视场之间的权衡，并且它是选择大于非均质岩石样品中的最小孔隙的成像分辨率的直接结果。在这项研究中，我们调查的影响SRP多相流在多孔岩石。为此，我们使用我们新开发的多相微连续介质模型进行首次的一类直接数值模拟的两相流在多孔样品中含有SRP。我们发现，SRP属性（孔隙度，渗透率，润湿性）可以影响预测的绝对渗透率，流体突破时间，残余饱和度，和相对渗透率的因素高达2，1.5，3，和20，分别。特别是，我们的研究结果表明，SRP可以作为一个持久的连接器，防止在排水过程中形成孤立的润湿流体域，从而显着增加相对渗透率在低饱和度的两种流体。总体而言，我们的研究证实了以前的证据表明，SRP的影响不能被忽视，而不会产生显着的错误，在非均质多孔介质中的多相流的数值预测或实验分析。
2021-09-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Comment on Magnetohydrodynamic non-Darcy mixed convection heat transfer from a vertical heated plate embedded in a porous medium with variable porosity, by Dulal Pal
在上面的文章中，作者处理了沿浸没在Darcy Brinkman Forchheimer多孔介质中的垂直平板的边界层流动。多孔介质的孔隙度和渗透率在边界层上是可变的。此外，垂直于板施加具有恒定强度的磁场。板处的流体温度是恒定的并且不同于环境流体的温度。这种温度差产生浮力，并且流动的特征在于混合对流。将边界层流动的偏微分方程转化为常微分方程，然后用龙格-库塔-费尔伯格法求解。结果见两个表格和11幅图。
2014-04-21 physics.flu-dyn
Bifurcating-Paths: the relation between preferential flow bifurcations, void, and tortuosity on the Darcy scale
近年来，由于多孔介质电导率分布的均匀性或非均匀性，达西尺度在多孔介质中的输运被表征为Fickian或非Fickian。然而，有证据表明，优先流漏斗运输发生在异质和同质的情况下。我们使用一个从均匀到非均匀的二维电导率场来模拟达西尺度输运，发现这些优先流分叉，在形成曲折路径的同时留下颗粒不侵入的空隙，分叉的分数向下流动减少并达到一个渐近值，该值与非均匀性水平成幂律关系。我们发现，相同的幂律标度的分叉的不均匀性水平出现的空隙率，曲折，和分形维数分析具有相同的不均匀性水平。我们的结论是，标度的异质性是优势流的几何形状，这将导致运输的加权时间的变化，并最终异常运输的主导特征。
2022-10-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Finite-size anisotropy in statistically uniform porous media
研究了典型计算机模拟中所用统计均匀多孔介质渗透率张量的各向异性。虽然这样的系统被假定为各向同性的默认情况下，我们表明，事实上，他们的各向异性渗透率可以引起显着的变化的传输参数，如渗透率和曲折。控制各向异性的主要参数是$a/L$，即障碍物与系统尺寸的比率。发现外力与体积流之间的夹角$α$近似正态分布，且$α$的标准差随系统尺寸的增大而衰减为$(a/L)^{d/2}$，其中$d$为空间维数.这些属性可用于估计大规模模拟中与各向异性相关的统计误差和代表性基本体积的大小。
2009-01-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enhanced and reduced solute transport and flow strength in salt finger convection in porous media
本研究基于格子玻尔兹曼方法数值模拟多孔介质非达西流态下的盐指对流，发现孔隙率减小会先增强后减弱溶质输运，并对流动强度产生复杂影响，为工程中被动控制溶质输运提供了重要参考。
2023-04-08 physics.flu-dyn
Dynamics of electrochemical flows 2 Electrochemical flows-through porous electrode
电解质（包括溶质离子和溶剂）流经多孔介质在自然界中或在许多工程应用中经常遇到，例如电化学系统、复合材料制造、地热工程、土壤污染。在这项研究中，我们提供了一个新的一般理论的电化学流经多孔介质。我们使用静态的方法，并建立了两个代表性的基本体积（REV）。一个是多孔介质和电解质混合物的宏观REV，而另一个是电解质流体中的微观REV。这两个REV的建立使我们能够研究电化学流通多孔电极过程中的质量、热量、电场或动量输运的细节。在这项工作中，宏观控制方程推导出的守恒定律，在宏观REV来描述电化学流经多孔介质。首先，我们用体积和表面积来定义孔隙度，并对多孔介质进行了分类。然后将表面平均值转化为内禀平均值，得到固体和流体之间的相互作用项，即分散度、弯曲度和界面传递项。通过对微观控制方程进行内禀平均，得到了宏观控制方程。在此基础上，在控制方程中加入了与色散、弯曲度和界面传递有关的未知项。
2013-09-11 physics.flu-dyn
Topology Optimization of Turbulent Fluid Flow with a Sensitive Porosity Adjoint Method (SPAM)
提出了一种用于流体机械拓扑优化的灵敏孔隙度伴随方法（SPAM）。相对于孔隙度的灵敏度函数已经开发。在优化过程的第一步中，多孔介质被引入到根据灵敏度函数的流动状态。然后将优化的多孔介质转化为固体壁。多孔介质中的湍流是由一个修改的涡粘性湍流模型。它对伴随方程的影响被忽略，这是指所谓的冻结湍流假设。一个粗糙壁槽道湍流的算例表明，该方法可使目标函数大大降低。多孔介质向固体壁面的转化对优化结果有重要影响。
2015-12-22 math.OC physics.flu-dyn
Instabilities and bifurcations in turbulent porous media flow
本文研究了多孔介质中微尺度湍流的流动不稳定性与对称破缺现象，发现低孔隙率下的偏流和中等孔隙率下的射流两种机制，并揭示了固体几何形状、孔隙率与Reynolds数对宏观流动不对称性的影响。
2025-04-01 physics.flu-dyn
Inertia onset in disordered porous media flow
本文研究了三维无序高孔隙率介质孔隙层面流体流动中惯性区域的起始，发现通过曲折度和参与数导数可观测到惯性在Re~0.1时即显现，比传统摩擦系数分析低一个数量级，且涡流结构出现得更晚。
2024-09-24 physics.flu-dyn
Multimodal Functions as Flow Signatures in Complex Porous Media
该研究反驳了复杂多孔介质中流速分布可以用一个简单的函数如正态或指数变化来描述的前提。在许多复杂的多孔介质中，包括那些与地下储存和回收应用相关的多孔介质，在较大的颗粒间孔隙和颗粒内部的微孔之间存在尺度分离，导致需要通过具有不同流场特征的多峰函数来描述的不同的流动特征。我们证明了这一发现，通过设计一种新的方法来模拟碳酸盐岩中的流体流动的基础上表示的孔隙空间获得的差分X射线成像。在微孔空间的渗透率分配估计从压汞孔隙度法推断的孔径。考虑微孔隙度的模型预测与实验测得的孔隙度和渗透率吻合良好。微孔隙度对总渗透率的贡献很大，特别是在非均质介质中。
2018-08-20 physics.flu-dyn
Information transfer between turbulent boundary layer and porous media
透水壁面上方和下方流动之间的相互作用是多孔介质研究中的一个中心课题。虽然以前的调查提供了令人信服的证据，这两个地区之间的强耦合，很少有研究定量测量的方向性，即，因果关系，这种相互作用。为了阐明这个问题，我们使用传递熵作为标记，以评估之间的因果关系的自由湍流和多孔介质的界面分辨直接数值模拟。我们的研究结果表明，多孔介质的孔隙度有一个深刻的影响的强度，时间尺度和空间范围的表面-地下的相互作用。对于孔隙度等于0.5的值，自上而下和自下而上的相互作用强烈是不对称的，前者主要是由小的近壁涡的影响。随着孔隙度的增加，自上而下和自下而上的相互作用都由剪切流不稳定性主导。
2020-11-02 physics.flu-dyn
Instabilities in the dissolution of a porous matrix
溶解周围岩石基质的反应性流体可以触发溶解前沿的不稳定性，导致自发形成明显的通道或虫洞。这种不稳定性的理论研究通常集中在一个稳定传播的溶解前沿，分离区域的高和低孔隙度。在本文中，我们表明，这不是唯一可能的溶解不稳定性在多孔岩石中，有另一个不稳定性，瞬间操作的任何初始孔隙度场，包括一个完全均匀的。这两种机制的相对重要性取决于孔隙率增加与初始孔隙率的比率。我们表明，“入口”的不稳定性可能是重要的石灰岩地层中的初始孔隙度是小的，并有可能在渗透率大幅增加。在富含石英的砂岩中，易溶物质（如碳酸盐胶结物）的比例很小，稳态方程的不稳定性占主导地位。
2011-03-19 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the permeability of fractal tube bundles
多孔介质的渗透率受其局部几何形状和连通性、固体包裹体的尺寸分布以及可用于流动的孔隙的强烈影响。由于渗透率的直接测量是耗时的，需要的实验并不总是可能的，可靠的理论评估的渗透率的基础上的介质结构特性是很重要的。当孔隙度接近1时，由Kozeny-Carman方程和Archie定律表示的渗透率-孔隙度关系预测渗透率趋于无穷大，因此如果多孔介质的比面积不趋于零，则它们产生不切实际的结果。本文的目的是评价孔隙度接近于1且渗透率有限的一组分形模型的孔隙度与渗透率之间的关系。它示出了相应的几何分形的有限迭代生成的管束可以用来模拟多孔介质的渗透率-孔隙度的关系推导解析。的管束的几个例子的构造和相关性的导出的渗透率-孔隙率的关系进行了讨论，在文献中报道的高度多孔的金属泡沫的渗透率测量。
2012-05-13 physics.flu-dyn
Noncirculatory fluid forces on panels with porosity gradients
本注释确定了作用在任意变形板上的非定常非循环力，该板具有Holder连续孔隙率分布。非循环压力分布的解析表达式，并评估的特殊情况下，均匀和可变孔隙率面板进行谐波变形，其中特别注意的面板端部条件的影响。这些结果构成了第一个主要的一步，一个完整的线性化，非定常空气动力学理论的提升多孔体，这可能有潜在的应用生物启发的游泳者和飞行员的性能估计和未来的评估气动弹性稳定性和流动噪声的多孔翼型。
2018-12-04 physics.flu-dyn
A Probabilistic Formulation of the Diffusion Coefficient in Porous Media as Function of Porosity
我们调查的upscaling的扩散输运参数作为孔隙尺度材料结构的函数，使用随机框架。我们专注于子REV（代表性的基本体积）规模的孔隙空间几何形状的复杂性导致一个显着的分散运输观测。我们研究了一个大的数据集的子REV测量的孔隙度和运输能力是一个无量纲的参数，表示通过多孔体积和通过空体积的扩散流的比率。我们的特点是运输能力的概率分布函数（PDF）的孔隙度捕获样品之间的孔隙结构差异的影响。然后，我们调查域大小的影响和预测的REV规模。孔隙率观测值的离散度随试样尺寸的增大而线性减小，而输运能力观测值的离散度则趋于一个大于零的常数。我们的研究结果证实，孔结构拓扑结构的差异影响在所有尺度上的传输参数。因此，使用PDF来描述有效输运系数与孔隙度的关系有利于确定性半经验函数。我们讨论的后果，并主张使用PDF的有效参数在连续方程和数据解释的实验或计算工作。我们相信，提出的基于几何学的放大技术的亚REV显微镜数据提供了一个新的工具，在理解，描述和预测宏观输运行为的微孔介质。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an physics.flu-dyn
Influence of freestream turbulence and porosity on porous disc-generated wakes
本研究通过热线风速仪实验评估了自由流湍流（FST）特征与圆盘孔隙率对尾流发展的影响，发现低孔隙率圆盘呈现实体特性，而FST与大尺度相干结构共同决定了尾流的增长率与卷吸机制。
2024-04-25 physics.flu-dyn
From Rayleigh-Bénard convection to porous-media convection: how porosity affects heat transfer and flow structure
我们进行了数值研究的Rayleigh-Bénard（RB）对流的传热和流动结构（在大多数情况下，规则）多孔介质，这是由圆形，固体障碍物位于一个正方形格子。研究了多孔介质中孔隙度$ϕ$对对流特性的影响，从含$ϕ=1$的传统RB对流（不含障碍物）到含$ϕ$的Darcy型多孔介质对流（0.模拟是在一个单元中进行的单位纵横比，瑞利数$Ra$从$10^5$到$10^{10}$和不同的孔隙率$ϕ$，在一个固定的普朗特数$Pr=4.3$，我们限制自己的二维情况。对于固定的$Ra$，努塞尔数$Nu$被发现作为$ϕ$的函数非单调地变化;即，随着$ϕ$的减小，它首先增大，然后在$ϕ$接近0时减小。$Nu(ϕ)$的非单调行为源于多孔结构对传热的两种竞争效应。一方面，多孔介质中流动的相干性增强，有利于传热;另一方面，由于多孔结构，对流被增强的阻力减慢，导致传热减少。对于固定的$ϕ$，取决于$Ra$，两种不同的传热制度被确定，与不同的有效幂律行为的$Nu$与$Ra$，即，一个陡峭的低$Ra$时，粘度占主导地位，和标准的经典的大$Ra$。当热边界层厚度和孔隙尺度相当时，发生尺度交叉。的多孔结构上的温度和速度波动，对流热通量，和能量耗散率的影响进行了分析，进一步证明了多孔结构的竞争效应，以提高或降低传热。
2020-05-19 physics.flu-dyn
Power exponential velocity distributions in disordered porous media
速度分布函数将流体在多孔介质中流动的微观和宏观理论联系起来。在这里，我们在随机多孔介质模型中研究流体绝对速度及其相对于宏观流动方向的纵向和横向分量。我们声称，所有的分布遵循幂指数律控制的指数$γ$和移位参数$u_0$，并检查这些参数如何依赖于孔隙度。我们发现，$γ$在渗流阈值处具有普适值$1/2$，并随孔隙度的增大而增大，但不会超过2。
2015-09-16 physics.flu-dyn
Coping with geometric discontinuities in porous shallow water models
针对单孔隙浅水模型在孔隙度突降处的黎曼解多重性问题，本文通过对照二维SWE数值解确定物理解及必要水头损失，并提出可选择一致解的近似黎曼求解器。
2023-07-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Modeling flow in porous media with double porosity/permeability: Mathematical model, properties, and analytical solutions
University of Houston（休斯顿大学）
本文提出基于最大耗散率假设的数学模型，分析了双重孔隙率/渗透率的性质，并通过解析解探讨了多孔介质中流体流动的特性及与达西方程的区别。
2018-03-06 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Bubble collapse near porous plates
本研究实验探究多孔板附近气泡溃灭，发现位移与回弹尺寸主要取决于无量纲距离和孔隙率，并扩展数值模型使两者各自坍缩到单一曲线。
2023-03-29 physics.flu-dyn
Modelling of flow through spatially varying porous media with application to topology optimization
本研究的目的是突出孔隙率变化的影响，在拓扑优化过程中的流体动力学领域。通常在动量方程中加入一个惩罚项来得到物质的分布。每次在计算域内添加材料时，都会产生新的流体-固体界面和孔隙度梯度。然而，目前，在拓扑优化中没有考虑孔隙度的变化，并且用于定位固体的惩罚项类似于用于多孔介质中流动的达西项。考虑到这一点，在本文中，我们首先开发了一个原始的单域宏观模型，用于对超越达西制度范围的空间变化多孔介质的流动进行建模。接下来，我们数值求解的拓扑优化问题，并比较与标准模型，不包括孔隙度变化的影响与我们的模型所获得的结果。在我们的结果中，我们表明，例如，所获得的设计是不同的，但减少目标功能的百分比仍然相当接近（低于4%的差异）。此外，我们说明了孔隙率和颗粒直径值对最终优化设计的影响。
2020-04-22 cs.CE math.OC physics.flu-dyn
How does porosity heterogeneity affect the transport properties of multibore filtration membranes?
多孔膜内部的压力和流量分布的预测是重要的，如果几何形状偏离单孔管状几何形状。这项任务仍然具有挑战性，特别是当考虑到由腔侧和壳侧膜皮以及宏观和微观空隙结构引起的局部孔隙率变化时，所有这些都存在于多孔膜中。本研究利用计算流体动力学模拟，分析了具有空间变化的孔隙率和渗透率特性的聚合物多孔膜的纯水正向和反向渗透和反冲洗现象。孔隙度分布的不均匀性是通过扫描电子显微镜扫描和X射线显微计算机断层成像扫描重建的长方体来实验表征的。重建的长方体用于确定在所有空间方向上膜的多孔结构中的孔隙率、孔径分布和固有渗透性。这些位置相关的属性，然后应用到多孔介质流动模拟的整个膜域的分离层，支撑结构，和外皮肤层具有不同的属性。各种情况下模仿纯水渗透，污染，和反冲洗行为的膜进行模拟和比较，以前获得的MRI测量。这项工作揭示了（a）各向异性渗透率值和各向同性的孔隙度在所有方向和（b）不同的贡献，每个管腔通道的总膜性能，这取决于膜皮肤的属性。这项研究鼓励属于探索理解的空间分布的膜性能和多孔膜的整体膜组件性能的相互作用。
2022-04-11 physics.flu-dyn
Pore-scale Simulation of Shear-Thinning Fluid Flow using Lattice Boltzmann Method
目前的工作试图确定流动和几何变量对比例因子的作用，比例因子是模拟多孔介质中非牛顿流体表观粘度的必要参数。将多孔介质微结构理想化为圆柱和方柱阵列，采用多弛豫时间格子玻尔兹曼方法对剪切变稀非牛顿流体流动进行孔隙尺度模拟。固体圆柱体的尺寸和内含物比率的变化产生了具有不同孔隙度和渗透率的宽范围的多孔介质。本研究还使用随机重建技术生成逼真的，随机的多孔微结构。对于每种情况，孔隙尺度流体流动模拟能够基于孔隙内计算的剪切速率计算等效粘度。研究表明，该比例因子与孔隙度、渗透率、弯曲度和渗流阈值有很强的相关性，在渗流阈值孔隙度处接近最大值。目前的调查量化，并提出有意义的相关性之间的比例因子和宏观性质的多孔介质。
2021-02-10 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamics of porous aerofoils
我们扩展非定常薄翼型理论模型翼型广义弦向孔隙率分布。分析考虑线性孔隙度边界条件，其中通过翼型的渗流速度与翼型表面的局部压力跃变和多孔介质的不稳定特性有关。应用Plemelj公式所产生的边值问题产生一个奇异的Fredholm-Volterra积分方程，不承认一个解析解。相应地，我们发展了一个数值解方案，通过扩展的约束涡度分布在适当的基函数。在前缘和后缘的渐近分析表明，适当的基函数是加权雅可比多项式，其参数与孔隙度分布有关。Jacobi多项式基能够构造精确、快速的数值方案，而Chebyshev基函数的标准选择则不适用于多孔翼型。应用程序的数值解计划不连续孔隙度剖面，准静态问题，以及分离的循环和非循环的贡献。模拟的经典Theodorsen和西尔斯函数进行了数值计算，这表明，后缘孔隙率的影响是减少的涡量脱落到尾流，从而降低了循环升力的大小。{这些频域函数的傅里叶变换反演分别对瞬态翼型运动或阵风遭遇的Wagner和Küssner函数产生多孔扩展。}
2020-11-21 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Mean turbulence statistics in boundary layers over high-porosity foams
本文报道了在开孔网状泡沫材料（$ε\approx 0.97$）上进行的湍流边界层测量，该泡沫材料具有不同的孔径和厚度，但孔隙率恒定。将泡沫齐平安装到平板上的切口中。使用激光多普勒测速仪（LDV）测量多孔部分上游的平均流向速度和湍流强度，以及沿多孔基材的多个测量站。多孔部分上游的摩擦雷诺数为$Re_τ\approx 1690$。对于除最厚泡沫外的所有受试泡沫，多孔过渡区下游的$<10 δ$完全形成了内部边界层，其中$δ$为边界层厚度。充分发展的平均速度分布显示存在大量的滑动速度在多孔界面（$>30\%$的自由流速度）和平均速度赤字相对于规范的光滑壁轮廓进一步从壁。虽然平均速度赤字的大小随着平均孔径的增加而增加，但滑动速度保持近似恒定。拟合的平均速度曲线表明，对数区域相对于光滑的壁移动，并且这种移动随着孔径的增加而增加，直到它变得与基板厚度$h$相当。对于所有泡沫，湍流强度被发现进一步提高到边界层的$y/ δ\approx 0.2$。对于最大孔径，强度的外峰也是明显的。速度谱表明，这个外峰与大尺度结构有关，类似于Kelvin-Helmholtz涡，具有流向长度尺度$2δ-4δ$。偏度分布表明，这些大尺度结构可能有一个振幅调制的界面湍流的影响。
2017-12-03 physics.flu-dyn
Fluid dynamics in porous media with Sailfish
在这项工作中，我们展示了旗鱼的应用，在多孔介质中的流体动力学的研究。Sailfish是一个基于格子玻尔兹曼方法的开源软件。这种计算流体动力学的应用是特别感兴趣的石油和天然气工业和主题可能是一个起点，为本科生或研究生在物理或工程。我们构建了具有不同孔隙度的多孔介质的人工样品，并使用Sailfish来模拟流体流过，以计算渗透率和弯曲度。我们还提出了一种简单的方法来获得使用Python库的多孔介质的比表面积。为了将这些概念结合起来，我们测试了Kozeny-Carman方程，讨论了它的有效性，并计算了我们人工样本的Kozeny常数。
2016-01-20 physics.flu-dyn
Monolithic kinetic algorithm for heterogeneous porous media systems using a continuous one-domain approach
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
提出一种标准格子上的格子玻尔兹曼模型，用于模拟各向同性异质多孔介质内外的流动，通过单域求解器处理自由流体与多孔介质相互作用，恢复正确的孔隙度标度并提高计算效率。
2026-06-28 physics.flu-dyn
Design and optimization of a porous fence for the reduction of wind erosion
本研究针对风蚀防控中多孔围栏孔隙率优化的难题，通过集成开源CFD代码与优化工具实现自动化优化，设计出可有效降低风蚀的弧形多孔围栏。
2023-04-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A homogenised model for flow, transport and sorption in a heterogeneous porous medium
多孔介质中流动的一个主要挑战是更好地理解微观结构和宏观尺度流动和运输之间的联系。对于理想化的微观结构，均匀化理论的数学框架可以用于此目的。在这里，我们考虑一个二维的微观结构，包括一系列的障碍物的光滑，但任意形状，其大小和间距可以沿多孔介质的长度变化。我们使用均匀化通过多尺度的方法，系统地升级一个新的问题，涉及细胞的不同面积，以获得有效的连续方程的宏观流动和运输。该方程的特点是局部孔隙度，局部各向异性的流动渗透率，有效的局部各向异性溶质扩散率，和有效的局部吸附率。这些宏观尺度的属性依赖于非平凡的微观结构的几何自由度在我们的问题：障碍物的大小，和障碍物的间距。我们利用这种依赖性来构建和比较的情况下，相同的孔隙度剖面的结果，从不同的组合的障碍物的大小和间距。我们专注于一个简单的例子几何形状，包括圆形障碍物的矩形格子，我们数值确定的宏观渗透率和有效扩散。我们调查的情况下，孔隙度是空间均匀的，但渗透率和扩散率不是。我们的研究结果可能是有用的过滤器的设计，或为研究变形对输运在软多孔介质中的影响。
2021-10-20 physics.flu-dyn
Flow Characterization in Triply-Periodic-Minimal-Surface (TPMS) based Porous Geometries: Part 1 -- Hydrodynamics
多孔介质系统中的流动和传热建模一直是一个挑战，扩展的达西传输模型的流动和平衡和非平衡能量模型的传热被用于宏观层面的分析，然而，这些模型的局限性受到多孔几何形状。本文研究了不可压缩粘性流体通过四种不同多孔几何形状的通道的强迫对流流动。四个TPMS晶格形状，即钻石，I-WP，原始的，和Gyroid创建具有相同的孔隙率，和三种不同类型的多孔介质进一步产生每个多孔几何形状的形状曲折，微孔，和孔径的渗透率和惯性阻力因子的关系进行调查。通过求解纳维-斯托克斯方程，对前两类多孔介质进行了孔隙尺度的直接数值模拟。第三类多孔介质中，在固体区域定量推导出比孔隙率，求解Darcy-Forchheimer-Brinkman模型，而在流体区域求解纳维-斯托克斯方程。结果表明，对于原始点阵（1型），达西流态的有效性范围很窄，最大可达Re ~ 4，而对于金刚石点阵（2型），达西流态的有效性范围可达Re ~ 20。当Re > 20时，达西制度对任何晶格类型都不成立。当孔隙率较低（类型1，ε = 0.32）时，惯性阻力在I-WP晶格中最小，在Gyroid晶格中最大;当孔隙率较高（类型2，ε ~ 1）时，惯性阻力在原始晶格中最小，在I-WP晶格中最大。
2022-05-07 physics.flu-dyn
Pore-scale Mixing and the Evolution of Hydrodynamic Dispersion in Porous Media
我们研究了通过非均匀多孔介质的孔隙尺度混合和网络尺度平流的相互作用，以及它对流体动力弥散的演化和渐近行为的作用。在拉格朗日框架中，我们确定了三个基本机制的孔隙尺度混合，确定大规模的颗粒运动，即，平滑的孔隙内速度对比，增加的曲折的颗粒路径，并设置一个最大的时间为颗粒过渡。基于这些机制，我们推导出一个理论，预测异常和正常的水动力色散的基础上的特征孔隙长度，欧拉速度分布和Péclet数。
2021-03-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Local thermodynamic description of isothermal single-phase flow in porous media
本文从封闭流体的宏观势出发，给出了多孔介质输运的达西定律新的局部热力学基础。利用非平衡分子动力学确定了局部有效压力梯度，并研究了渗透系数和水力传导系数。确定了单相流在面心立方固体球晶格中的输运系数。孔隙率从最紧密堆积的球体变为纯流体中的接近1，而流体质量密度从稀气体变为稠密液体。渗透性在\SI{5.7e-20}{\meter^2}和\SI{5.5e-17}{\meter^2}之间变化，显示孔隙率依赖性Klinkenberg效应。这两种输运系数取决于平均流体质量密度和孔隙度，但在不同的方式。这些结果为复杂介质中多相流体耦合输运的非平衡热力学研究奠定了基础。
2022-03-04 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
The distribution of local fluxes in porous media
我们研究了非重叠圆盘的二维随机介质中的通道开口、局部通量和速度的分布。我们提出的理论论据支持的高精度的数值数据，并发现作为函数的孔隙度的标度律。对于通道开口，我们观察到一个交叉高度相关的制度在小孔隙率。通过这些通道的速度分布与孔隙度的平方成比例。结果表明，流量是流速和通道宽度的卷积，并通过几何因子进行了修正。此外，虽然速度的分布遵循高斯分布，但通量根据指数为1/2的拉伸指数分布。最后，我们的缩放分析允许表示的曲折度和孔形状因子从Kozeny-Carman方程作为直接的平均性能从微观量相关的几何形状以及通过无序多孔介质的流量。
2005-11-09 physics.flu-dyn
Parameter Influence on Porous Bleed Performance for Supersonic Turbulent Flows
通过三维RANS模拟系统研究了板长、孔径、孔隙率、厚度-直径比和交错角对超声速湍流多孔抽吸性能的影响，发现孔径是关键参数，孔隙率和交错角次之，厚度-直径比和板长主要影响抽吸效率。
2023-04-13 physics.flu-dyn
New non-equilibrium matrix imbibition equation for Kondaurov's double porosity model
本文讨论了描述多孔储层中非平衡两相非混溶渗流的整体Kondaurov双孔隙模型，当非平衡现象仅发生在基质块中时。结果表明，均匀化模型可以表示为通常的两相不可压缩不混溶流的方程，除了添加两个源项计算的解决方案的局部问题，这是一个边值问题的非平衡吸胀方程给出的真实饱和度和非平衡参数。
2015-12-29 physics.flu-dyn
Compaction in a deformable porous cylinder with elastic boundaries
University of Nottingham（诺丁汉大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文建立弹性边界细长多孔介质的流体驱动压实模型，推导孔隙度的主导阶非线性扩散方程，揭示流态与弹性参数的关联，得到亚达西、超达西流等不同流态的区分及紧凑表达式。
2026-08-31 physics.flu-dyn
Porosity and Material Disorder Drive Distinct Channelization Transition
Centro de Física Teórica e Computacional, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院理论物理与计算中心）；Debye Institute for Nanomaterials Science, Utrecht University（乌得勒支大学德拜纳米材料科学研究所）；Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas（巴西物理研究中心）；Departamento de Física, Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学物理系）
研究揭示了空间无序如何通过不同的机制引发通道化转变，显示材料无序对流体流动的显著影响。
2026-04-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the parameters of common settling velocity models for porous sediment aggregates
本研究探讨了渗透率对沉积物团聚体沉降动力学的影响，通过实验数据校准两种沉降模型并利用体积惩罚方法进行数值模拟，发现渗透率在复杂流动条件下显著影响沉降行为，应在确定团聚体性质时予以考虑。
2024-10-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fluid flow channeling and mass transport with discontinuous porosity distribution
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）
本研究提出了一种空间-时间方法，用于模拟多孔介质中不连续孔隙率分布对流体流动和痕量元素传输的影响，揭示了通道化流动与不同层间相互作用对元素富集的作用。
2025-10-02 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Flow-induced channelization in a porous medium
本文提出了饱和颗粒多孔介质中流体流动引起的侵蚀沟道化理论。当局部流体流动引起的应力大于临界阈值时，颗粒被逐出并带走，使得介质的孔隙度通过侵蚀而改变。这反过来又会影响介质中的局部水力传导性和压力，并导致优先传导流动的通道的生长和发展。我们的多相模型涉及一个动态的孔隙率场，随着响应于耦合的三个阶段的时空动态的流体流动的流动和不流动的颗粒的体积分数的演变。由此产生的初始边界值问题的数值解显示如何在多孔介质中形成通道，并突出了如何在侵蚀阈值的异质性规定的模式的形式，从而控制它们的能力。
2010-09-03 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
Channeling: a new class of dissolution in complex porous media
目前多孔介质中矿物溶解的概念模型包括三种溶解模式（虫孔、致密和均匀）-或区域-其发展取决于流动、扩散和反应速率的相对优势。在这里，我们研究了在酸注入过程中的孔隙结构的演变，使用数值模拟两个多孔介质结构的日益复杂。我们研究制度和despite之间的边界的存在，第四个制度称为通道，已经存在的快速流动的途径优先扩大溶解。在孔喉尺寸的分布导致不同流动路径的流速存在数量级差异的情况下，会发生堵塞。这种仅沿主要流动路径的溶解集中引起渗透率的立即、大的变化，而孔隙度的变化相对较小，导致孔隙度-渗透率关系不同于先前所见的任何关系。这项工作表明，我们目前的溶解制度的概念模型必须修改，包括沟道溶解的应用，如地质碳储存和地热能生产的准确预测。
2023-03-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Nonlinear plane waves in saturated porous media with incompressible constituents
我们考虑的非线性平面波在多孔介质中的Biot-Pillasy双相混合物理论的框架内的传播。模型中考虑了弯曲效应，并假设两种成分均为不可压缩（Yeoh型弹性骨架和饱和流体）。在这种情况下，由Biot理论支配的线性色散波是压缩波或剪切波类型，并且非线性波可以以类似的方式分类。在新胡克骨架的特殊情况下，我们推导出的特征波的速度的显式表达式，导致双曲性条件。用微扰法估计了一个杨象骨架的声速。然后我们得到了加速度波振幅的演化方程。通常，它由伯努利方程控制。在本构假设下，我们发现纵向跳跃振幅遵循非线性演化，而横向跳跃振幅则以几乎线性退化的方式演化。
2021-04-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic permeability of fluctuating porous membranes
Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室）；The Quantum Plumbing Lab (LNQ), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院量子管道实验室）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Institut Laue Langevin（朗之万研究所）
本文提出波动达西模型，研究孔隙波动对多孔膜渗透性的影响，揭示基质波动显著改变流体渗透性，为膜分离优化提供新思路。
2025-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Peristaltic flow of a fluid in a porous channel: A study having relevance to flow of bile within ducts in a pathological state
本文从理论上研究了流体在槽道中的输运问题，这种输运是由湍流现象引起的。对上述问题进行了数学分析。分析涉及到一个合适的扰动技术的应用。采用适当的数值计算方法，重点研究了回流发生时的速度分布和临界压力。详细研究了雷诺数、压力梯度、孔隙度参数、达西数、滑移参数、振幅比和波数等参数对回流速度和临界压力的影响。计算结果与以前的分析工作和现有的科学文献中较早报道的实验研究进行了比较。本研究的结果与两者一致。本研究对胆总管内胆汁在病理状态下的生理性流动有一定的相关性。结果表明，在存在胆结石的情况下，胆汁流速随孔隙度参数值的增大而增大，而回流临界压力随孔隙度的增大而减小。
2011-07-28 math-ph math.MP physics.bio-ph
