Non-Newtonian fluid flow through three-dimensional disordered porous media
本文通过动量输运和连续性方程的直接数值模拟，研究了各种非牛顿流体在三维无序多孔介质中的流动。值得注意的是，我们的研究结果幂律（PL）流体表明，流量，当量化的适当修改的渗透率指数和雷诺数，可以成功地描述了一个单一的（通用）曲线在很宽的范围内的雷诺条件和幂律指数。我们还研究了宾汉流体的Herschel-Bulkley模型描述的流动行为。在这种情况下，我们的模拟表明，（{ \it i}）的孔隙空间的无序几何形状，（{ \it ii}）的流体流变性能，和（{ \it iii}）的惯性效应对流动的相互作用是负责在中间雷诺条件下的系统的宏观水力传导的大幅增强。这种“增强传输”的反常条件代表了多孔材料中流动的一个新特征。
2009-11-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Onsager-Symmetry Obeyed in Athermal Mesoscopic Systems: Two-Phase Flow in Porous Media
本文采用二维网络模型计算了不可压缩、不混溶两相流在多孔介质中的流动时间-关联函数。给出了一个适当选择的代表性的基本体积，流量分布是高斯和时间的积分关联函数的流量被发现收敛到一个有限的值。积分互相关成为对称的，服从Onsager的倒数关系。这些发现支持了多孔介质中两相流非平衡热力学描述的建议。
2020-01-13 physics.flu-dyn
Numerical simulations of convection heat transfer in porous media using a cascaded lattice Boltzmann method
多孔介质中的对流换热是自然界中普遍存在的现象，也是科学和工程领域中经常遇到的问题。深入理解多孔介质中对流换热的基本机理需要高效而强大的数值工具。提出了一种求解多孔介质对流换热问题的级联格子Boltzmann（CLB）方法。在CLB方法中，流场由基于广义非达西模型的D2 Q9格子的等温CLB模型求解，而温度场由基于温度的D2 Q5格子的CLB模型求解。关键是通过在位移矩阵中引入孔隙率和热容比，将多孔介质的影响纳入CLB方法。通过对几个REV尺度下多孔介质传热问题的数值模拟，验证了该方法的有效性和实用性。计算结果表明，本文提出的多孔介质对流换热数值方法在空间上具有二阶精度。与Bhatnagar-Gross-Krook格子玻尔兹曼方法相比，该方法具有足够的可调参数和更好的数值稳定性.
2021-12-27 physics.flu-dyn
Dispersion and Dispersivity Tensors in Saturated Porous Media with Uniaxial Symmetry
分散系数D_{ij}和分散度a_{ijkl}出现在饱和流经多孔介质的溶质通量的表达式中。我们提出了一个详细的分析，这些张量在轴对称的多孔介质，并表明，在这样的介质中，分散性是由6个独立的模量。我们还提出了这些模数必须满足的约束条件。我们还表明，至少需要两个独立的实验，以获得这些系数的值为任何三维多孔介质域。
2009-04-22 physics.flu-dyn
Scalar signatures of chaotic mixing in porous media
稳态层流通过多孔介质自发产生拉格朗日混沌在孔隙尺度上，与一系列的运输，反应和生物过程的定性影响。在这些不透明的环境中的混合动力学的表征和理解是一个突出的挑战。我们解决这个问题，通过开发一种新的技术的基础上产生的推拉流通过多孔介质样品的标量签名的高分辨率成像。由于混沌流中颗粒轨迹的快速去相关，在多孔材料外部测量的标量图像代表了原位混合动力学。我们提出了一个理论框架，估计的李雅普诺夫指数的基础上扩展的拉格朗日拉伸理论的相关聚集。这种方法提供了一个完整的表征混沌混合动力学在一个大类的多孔材料。
2020-11-23 physics.flu-dyn
On the thermal effect of porous material in porous media Rayleigh-Bénard convection
本文通过二维数值模拟研究了多孔介质热导率对Rayleigh-Bénard对流全局热输运的影响，发现分离多孔介质的传导效应对总热传递影响很小，Nusselt数仅略微降低。
2023-04-14 physics.flu-dyn
Visual Analysis of Two-Phase Flow Displacement Processes in Porous Media
我们提出了我们的新参数研究多孔介质实验的可视化分析，重点是获得更好地了解排水过程的微观尺度。我们分析了提取的特征值的时间演变，并讨论了如何直接比较实验，表现出在不同的时间尺度，由于不同的边界和物理条件的过程。为了实现时空分析，我们引入了一种新的抽象视觉表示，显示通过多孔介质的路径被占据到什么程度，例如，允许分为粘性和毛细状态。多孔介质专家和可视化研究人员的这项联合工作产生了关于微观尺度上不混溶两相流的新见解，其总体目标是基于边界条件和物理流体性质来表征流动。
2021-04-02 physics.flu-dyn
Flow and dispersion in anisotropic porous media: a Lattice-Boltzmann study
考虑到其扩散活性化学物质和收集电力的能力，由碳纤维制成的多孔介质被广泛用作能量存储系统（例如氧化还原液流电池）中的扩散层。尽管如此，多孔介质内的物种的分散动力学仍然没有得到很好的理解，往往导致不同的解释。实际上，高效多孔介质的微观设计可以潜在地和有效地改善液流电池的性能，仍然是一个开放的挑战。本研究的目的是调查纤维介质的微观结构对分散的影响，特别是纤维取向对阻力和分散动力学的影响。几个格子玻尔兹曼模拟的{流过}不同取向的纤维介质耦合拉格朗日模拟的粒子示踪剂已经进行。结果表明，定向纤维优先沿流向方向最大限度地减少阻力和最大限度地提高分散，这是最理想的条件，扩散层在液流电池应用。
2016-09-26 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
Effective Rheology of Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
我们通过数值模拟和平均场计算表明，在多孔介质中的不混溶两相流有效地表现为宾汉粘塑性流体。这导致了广义达西方程，其中体积流率二次依赖于在毛细管力与粘性力竞争的流率范围内的超压差。在较高的速率下，流动是牛顿的。
2012-06-05 physics.flu-dyn
Rheology of High-Capillary Number Flow in Porous Media
在多孔介质中以高毛细管数流动的不混溶流体可以通过有效粘度来表征。我们证明，有效粘度是很好地描述了Lichtenecker-Rother方程。该方程中的指数$α$在二维系统中取值1或0.6，在三维系统中取值0.5，这取决于孔的几何形状。我们的论点是基于分析和数值方法。
2017-12-19 physics.flu-dyn
Upscaling multiphase flow through heterogeneous porous media
放大多孔介质中的非均匀性效应对于宏观流动预测至关重要，在能源和环境设置中具有广泛的应用。在这项研究中，我们推导出表达式的放大流动特性的多孔介质的垂直非均匀性，使用渐近分析和数值模拟相结合。然后，我们使用这些放大的表达式来描述动态洪水的含水层，经典的巴克利-莱弗里特制定修改，以考虑非均质性。特别是，我们表明，异质性可以修改洪水的速度显着，我们讨论了这些结果的二氧化碳封存的情况下的影响。
2020-07-03 physics.flu-dyn
High-fidelity experimental model verification for flow in fractured porous media
本研究首次将混合维数学模型与实验室实验进行直接定性和定量比较，利用高分辨率PET图像和先进数值模拟验证裂缝介质中稳态层流模型，填补了该领域实验验证空白。
2023-12-22 physics.flu-dyn
Impact of Network Heterogenity on Nonlinear Electrokinetic Transport in Porous Media
我们提出了一个非线性电动力学在多孔介质中的传输的数值研究，专注于在多孔微结构的离子浓差极化和超限电流的非均匀性的作用。为了简单起见，多孔介质被建模为一个网络的长，薄的带电圆柱形孔，每个一维有效传输方程。对于弱的表面传导，当施加足够大的电位时，我们证明了多孔网络中的电动力学传输可以通过内部诱导流动回路由电对流主导，现有的均质化模型不能正确捕获。我们系统地改变的拓扑结构和“accessivity”的孔隙网络和传统的均匀化平行孔（毛细管束）模型的模拟进行比较，以揭示定期和分层连接的影响。我们的计算框架揭示了微观结构中的非线性电动现象的复杂物理学，并可用于设计多孔介质的应用，如水脱盐和净化冲击电渗析。
2019-01-08 physics.flu-dyn
Dual solutions for opposing mixed convection in porous media
本文研究了饱和多孔介质中竖直可渗透圆柱体上的定常混合对流边界层流动问题。在这里，我们评估的流动和传热特性数值的各种值的管理参数，并证明了存在的双重解决方案超过临界点。
2018-03-15 physics.flu-dyn
A Unified Theory for Chaotic Mixing in Porous Media: from Pore Networks to Granular Systems
本研究针对多孔介质混沌混合缺乏统一理论、折叠机制不明的问题，提出统一理论，揭示拉伸折叠由介质拓扑复杂度驱动，厘清连续与离散介质的混合机制差异，为新型多孔结构设计提供指导。
2024-12-06 physics.flu-dyn
Method of model reduction and multifidelity models for solute transport in random layered porous media
本文提出了一种具有随机渗透率的层状有界多孔介质中溶质运移的分级模型。该模型将Taylor-Aris频散理论推广到具有已知速度协方差函数的随机层状多孔介质中的随机输运。在分层模型中，我们表示（随机）浓度的横截面平均值和变异函数。我们推导出一个一维随机对流扩散型方程的平均浓度和随机泊松方程的变化函数，以及表达式的有效速度和色散系数。我们观察到，速度波动以非单调的方式增强色散：色散最初随相关长度λ增加，达到最大值，并在无穷远处减小到零。在垂直于流动方向的多孔介质尺寸的0.25倍左右的相关长度处，可以获得最大的增强。
2018-06-25 physics.flu-dyn
Topological origin of flow distributions in disordered porous media
Spanish National Research Council (IDAEA – CSIC)（西班牙国家研究委员会）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Universitat Politènica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）
基于孔隙网络模型，研究二维无序圆形障碍物多孔介质中的稳态斯托克斯流，揭示流速分布服从伽马分布，并通过几何参数可预测，优于忽略局部相关性的平均场模型。
2026-06-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Network modelling of yield-stress fluid flow in randomly disordered porous media
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；Hokkaido University（北海道大学）
本文提出一种二维无序多孔介质中Herschel-Bulkley流体的孔隙网络模型，考虑壁滑动效应，通过物理压力-流量关系模拟屈服和屈服后运输，验证模型能准确捕捉压力降和流动拓扑演变，揭示近屈服压力损失由孔隙统计决定。
2026-05-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Global Well-Posedness of a 3D MHD Model in Porous Media
本文研究了多孔介质中三维磁流体动力学（MHD）模型解的整体适定性。与经典的MHD方程相比，由于多孔介质中流动的“Brinkman-Forcheimer-extended-Darcy”定律，我们的系统在动量方程中包含了非线性阻尼项。
2018-06-06 math.AP physics.flu-dyn
On the growth rates for a three-layer flow in porous media
研究了三种常粘不可混溶Stokes流体在多孔介质中的驱替问题。中间层流体包含在有界区域中。我们给出了这个过程的线性稳定性的分析。这个稳定性问题（一般来说）没有解决方案。
2022-03-18 math.AP physics.flu-dyn
Modeling the Flow of Yield-Stress Fluids in Porous Media
屈服应力是一种有争议的非牛顿流动现象。在这篇文章中，我们研究的屈服应力物质通过多孔介质的孔隙尺度网络模型的框架内的流动。我们还研究了最小阈值路径（MTP）算法的有效性，以预测网络描绘随机或规则多孔介质的压力屈服点。作为预测网络屈服点的基础的逾渗理论简要介绍和评估。在这项研究的过程中，一个屈服应力流模拟模型以及几个数值算法相关的屈服应力在多孔介质中的开发，实施和评估。一般的结论是，模拟多孔介质中屈服应力流体的流动是太困难和有问题。未来需要更基本的建模策略来解决这个问题。
2009-10-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Self-Sustained Reaction Fronts in Porous Media
实验研究了化学波在多孔介质中无序流场中的传播。反应前沿以恒定的速度行进，这极大地取决于平均流动方向和速率。锋面可以向下游和上游传播，但令人惊讶的是，它们在一定的流速值范围内保持静止。由于化学反应和无序流场的竞争，这些冻结锋呈现出特殊的锯齿状。冻结制度可能与前钉扎在低速区，其数量随平均流量和化学前沿速度的比值。
2012-10-12 cond-mat.dis-nn physics.flu-dyn
A Numerical Study of Capillary and Viscous Drainage in Porous Media
本文综述了作者近年来在多孔介质两相流方面的研究成果。
2000-05-22 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
A multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for simulating incompressible axisymmetric thermal flows in porous media
本文提出了一种多弛豫时间（MRT）格子Boltzmann（LB）模型，在代表性基本体积（REV）尺度下模拟多孔介质中不可压缩轴对称热流。在该模型中，除了D2 Q5 LB方程的温度场，提出了一个D2 Q9 MRT-LB方程求解流场。该模型的源项简单，不含速度和温度梯度项。通过对MRT-LB模型在矩空间的Chapman-Enskog分析，正确地恢复了多孔介质轴对称流动的广义轴对称纳维-斯托克斯方程。通过对几个典型的轴对称多孔介质热问题的数值模拟，验证了该模型的有效性。数值结果与文献报道的数据吻合较好，证明了本文提出的MRT-LB模型模拟多孔介质轴对称热流的有效性和准确性。
2016-03-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thermal effects on nonlinear acceleration waves in the Biot theory of porous media
我们推广了多孔固体的Biot理论的非线性弹性理论的基础上，将温度的影响。在完全非线性理论中详细研究了加速度波。明确地找到了波速，然后确定了振幅。讨论了激波形成的可能性。
2018-11-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tuning capillary flow in porous media with hierarchical structures
多孔介质中的不混溶流体-流体驱替在许多工程应用中具有重要意义，如提高石油采收率、农业灌溉和CO2地质储存。由界面不稳定性引起的指进现象在驱替过程中经常遇到，并且由于这种流体动力学不稳定性会显著降低驱替效率而在某种程度上是有害的。在这项研究中，我们报告了一种可能的调整孔隙几何形状，其目的是抑制毛细指进多孔介质的层次结构。通过孔隙尺度的模拟和理论分析，我们证明和量化的润湿性和分层的几何位移模式的综合影响，表现出从指进到紧凑模式的过渡。研究结果表明，具有较高孔隙率的二阶多孔结构，在较宽的润湿性条件范围内，驱替可以保持紧凑。结合我们以前在这种介质中的粘性指进的工作，我们可以提供一个完整的洞察分层多孔介质中的流体-流体驱替控制，在广泛的流动条件下，从毛细管到粘性为主的模式。本文的研究结果可为微流控装置的设计提供参考，也可为现场规模的多孔介质驱替提供参考。
2020-11-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Spreading of a density front in the Küntz-Lavallée model of porous media
我们分析了多孔介质的Küntz-Lavallée模型中密度前沿的传播。在以往的研究中，不寻常的属性的前归因于异常扩散，我们发现，前的演变是由正常的扩散和流体动力学流，后者是负责明显增强的前传播速度。我们的研究结果表明，最近的几个实验结果的多孔介质，其中异常扩散的密度前沿传播分析的基础上报告，应重新考虑，以验证流体流动的作用。
2007-07-02 physics.class-ph physics.flu-dyn
Fluid-fluid displacement in mixed-wet porous media
润湿性对多孔介质中的多相流动起着根本性的控制作用，在均匀润湿多孔介质中，润湿性的研究也得到了广泛的关注。相反，具有非均匀润湿性的多孔介质中的多相流（即，混合湿）是不太好理解的，尽管它的常见情况。在这里，我们研究了硅油的位移，水在大多数油湿多孔介质图案与离散的水湿集群，具有精确控制的润湿性。令人惊讶的是，宏观位移模式根据润湿性改变的细节而变化很大-入侵的水优先填充强烈的水润湿的簇，但包围弱水润湿的簇，而不是，导致防御油的显着捕获。我们解释这一反直观的观察与孔隙尺度的模拟，这表明，在混合湿孔隙的流体-流体界面类似于一个S形的马鞍，平均曲率接近零。我们表明，将混合湿孔隙的毛细管入口压力纳入动态孔隙网络模型再现了实验。我们的工作证明了润湿性控制在混合湿多孔介质的复杂性，它提出了实验和数值平台上，可以得出进一步的见解。
2022-07-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multiparticle collision dynamics in porous media
多粒子碰撞动力学（MPCD）是一种相对较新的流体流动模拟算法，主要应用于简单物体周围的流动。有人可能会问，它在更复杂的流中是如何表现的。因此，我们扩展MPCD模拟多孔介质中的传输。为此，在原算法中引入粒子级拖曳力。该力阻碍流动，导致整体流动阻力和渗透率降低。扩展算法在通过多孔通道的流动中进行了验证，并与解析解进行了比较。求解器的一些基本性质进行了研究。
2016-10-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Pipe network model for scaling of dynamic interfaces in porous media
本文采用管网模型对多孔介质中的自吸前缘动力学进行了数值研究。该模型定量地再现了在自吸实验中发现的反常标度行为[Phys. Rev. E { \bf 52}，5166（1995）]。使用简单的标度参数，我们得到了一个新的单位之间的标度指数与实验结果一致。
2000-07-17 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Mathematical model of fluid front dynamics driven by porous media pumps
本文建立数学模型描述脱气多孔介质泵驱动微通道中液体前沿的动力学，经实验验证理论吻合，该泵无需外部电源且尺寸小、运行时间长。
2025-09-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Models of Flow through Porous Media of Polar Fluids with Pressure-Dependent Viscosity
University of New Brunswick（新不伦瑞克大学）
本文提出了一种考虑压力依赖粘度和多孔微观结构影响的极性流体流动模型，通过内在体积平均法和拖曳函数建立了适用于颗粒和压实介质的流动方程。
2025-12-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Traveling wave solutions for non-Newtonian foam flow in porous media
在多孔介质中注入和原位生成泡沫成功地控制了气体的流动性，提高了流体在多孔介质中的波及效率。描述这个问题的数学模型使用两个相，泡沫气体和流体，通常有一个术语来描述泡沫的产生和破坏。此外，非牛顿泡沫行为经常使用用于泡沫气体粘度的Hirasaki和Lawson公式来建模。在本文中，我们详细介绍了如何行波分析可以用来估计在多孔介质中的一系列非牛顿泡沫模型在恒定的总表观流速的传播剖面和速度。我们将Hirasaki和Lawson的公式以显式的形式重新表述，使我们能够找到非牛顿线性动力学模型的行波解。将该解与牛顿解进行比较，可以定性和定量地分析多孔介质中泡沫渗流的流变性。
2022-09-29 cond-mat.soft math.AP physics.flu-dyn
Channelization in Porous Media driven by Erosion and Deposition
我们开发并验证了一个新的模型来研究三维多孔介质中的同时侵蚀和沉积。我们研究了物质在固体表面的沉积和侵蚀引起的多孔结构的变化，发现当这两个过程都很活跃时，多孔结构中总是会发生通道化。这些通道可以是稳定的或仅仅是暂时的，这主要取决于驱动机制。尽管由恒定压降驱动的流体通常不会形成稳定的通道，但施加恒定通量总是在多孔结构内产生稳定的通道。此外，我们调查的局部沉积和侵蚀性能的变化如何影响多孔结构的最终状态，发现壁面剪应力的范围越大，既没有侵蚀也没有沉积，更稳定的通道形成的结构。
2017-01-20 cond-mat.other physics.comp-ph physics.flu-dyn
The first open channel for a yield-stress fluid in complex porous media
复杂多孔介质中屈服应力流体的第一流化路径的预测是一个具有挑战性的重要任务，以了解在一些工业和生物过程中的流体流动的基本原理。在大多数情况下，打开第一条路径的条件是通过实验或昂贵的计算已知的。在这里，我们提出了一个简单的网络模型来预测复杂多孔介质中屈服应力流体的第一个开放通道。对于由非重叠盘制成的多孔介质，我们发现，对于给定的屈服应力，打开第一通道所需的压降取决于相对于系统的宏观长度和填充分数的盘尺寸。最后，我们讨论了我们的研究结果对设计用于能量存储应用的多孔介质的意义。
2020-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
