Immiscible two-phase flow in porous media: Effective rheology in the continuum limit
本文研究了多孔介质中不混溶两相流在系统尺寸增大时线性流态的变化，基于毛细纤维束模型和动态网络模型发现非线性流态随系统尺寸增大向更小压力梯度移动。
2023-09-10 physics.flu-dyn
Parameterizations of Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
润湿饱和度是表征多孔介质中不混溶两相流的一个基本变量，它是充满润湿流体的孔隙体积与总孔隙体积之间的比率。更一般地说，这个变量来自于一些基础空间上的特定坐标选择，可以用来表达体积流量的变量域。基本的数学结构允许引入包含相同信息的其他变量，但从理论的角度来看更方便。我们沿着这些线在这个基础空间上引入极坐标，其中角度起着类似于润湿饱和度的作用。我们推导出这些新的变量之间的关系的基础上欧拉齐性定理。我们制定这些关系在一个坐标自由的方式使用微分形式。最后，我们讨论和解释的co-moving速度在这个坐标的自由表示。
2022-12-14 physics.flu-dyn
Thermodynamics-Like Formalism for Immiscible and Incompressible Two-Phase Flow in Porous Media
本文提出一种基于Jaynes统计力学推广的热力学类形式体系，用于描述多孔介质中的两相流，并推测类温度变量agiture与压力梯度直接相关，同时发展了以分流量为控制变量的版本。
2025-01-21 physics.flu-dyn
Parametric study of the interface behavior between two immiscible liquids flowing through a porous medium
当共存于多孔介质中的两种不混溶液体通过开口排出时，发生复杂的流动，其中液体之间的界面移动、倾斜和弯曲。界面轮廓取决于液体的物理性质和它们被提取的速度。如果排出流率、排出流中的液体体积分数和液体的物理性质是已知的，则可以确定紧邻出口的界面角（θ）。在这项工作中，我们定义了四个无量纲参数，规则的流体动力学问题，并通过数值参数分析，方程来预测θ的开发。该方程通过几个数值评估，其中的参数被修改的同时和任意的验证。此外，定性的影响，每个无量纲参数的接口形状的报告。
2010-01-13 physics.flu-dyn
Immiscible two-phase flow in porous media: a statistical mechanics approach
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
本文提出了一种基于统计力学的多孔介质中不混溶性多相流的描述方法，通过引入新的变量和热力学形式化，解决了多孔介质中多相流的尺度扩大问题。
2026-06-29 physics.flu-dyn
Geometric structure of parameter space in immiscible two-phase flow in porous media
本文基于广义热力学框架，将多孔介质中不混溶两相流的速度分别解释为切向量和仿射坐标，并利用几何结构推导出共动速度的一般形式。
2025-02-04 physics.flu-dyn
The Co-Moving Velocity in Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
我们提出了一个连续体（即，一个有效的）描述不混溶两相流在多孔介质中的特点是两个领域，压力和饱和度。这两个场中的动量是不混溶流体运动的驱动力。流体的特征在于两个渗流速度场，一个用于每种流体。根据Hansen et al.（多孔介质中的运输，125，565（2018）），我们构建了由每种流体的渗透速度组成的速度对到由两种流体的平均渗透速度和一个新的速度参数，共同移动速度组成的速度对之间的双向变换。同向运动速度与两种不混溶流体的速度差有关，但不相等。双向映射，质量守恒方程和平均渗透速度和同向移动速度的本构方程形成确定流动的封闭方程组。越来越多的实验、计算和理论证据表明，平均渗流速度的本构方程在很宽的毛细管数范围内的压力梯度中具有幂律的形式。通过两个速度偶之间的变换，可将该本构方程直接纳入描述每种流体流动的方程中。这是例如，用相对渗透率理论是不可能的通过对文献中的相对渗透率数据进行反求，建立了随动速度的本构方程。我们还使用动态孔隙网络模型在宽范围的参数，从流动的粘度占主导地位的毛细管力和粘性力竞争的共同移动的本构方程计算。
2022-02-19 physics.flu-dyn
A Dynamic Network Simulator for Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
本文详细介绍了一套在多孔介质不混溶两相流动态孔隙网络模型中进行流体驱替的算法。该算法具有通用性，适用于不同边界条件下的二维和三维规则和不规则孔隙网络。实现这些算法集，我们描述了一个动态的孔隙网络模型，并重现一些基本属性的瞬态和稳态两相流。在排水驱替过程中，通过改变毛细管数和粘度比，模型可以再现粘性指进、毛细指进和稳定驱替时的流型。在稳态渗流条件下，该模型验证了有效流变特性的线性到非线性过渡，满足多孔介质两相流渗流速度之间的关系。
2019-07-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Immiscible fluid displacement in porous media with spatially correlated particle sizes
多孔介质中的不混溶流体驱替是许多环境过程的基础，包括水在土壤中的渗透、地下水修复、碳氢化合物的强化回收和碳地质封存。微观结构的不均匀性，特别是颗粒尺寸的不均匀性，可以显著地影响不混溶驱替。例如，它可能导致不稳定的流动和优先的位移模式。我们提出了一个系统的，定量的孔隙尺度的颗粒尺寸的排水的部分润湿流体的空间相关性的影响的研究。我们进行孔隙网络模拟不同的流速和不同程度的空间相关性，辅以微流体实验。模拟和实验的位移模式表明，空间相关性导致更优先的入侵，减少捕获的防御流体，特别是在低流速。数值计算结果表明，增大关联长度可以减小流体-流体界面面积，减小保护流体的截留，增加入侵模式的不对称性和选择性。我们的实验，进行低毛细管数，支持这些发现。我们的研究结果描绘了空间相关性对多孔介质中流体驱替的显著影响，与广泛的自然和工程过程有关。
2019-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A statistical mechanics for immiscible and incompressible two-phase flow in porous media
基于Jaynes最大熵原理，建立了局部稳态条件下多孔介质中不可压两相流的统计力学。一个集群熵分配给我们缺乏知识，并控制，在孔隙空间中的流体和流动配置。因此，出现了描述流动的两个新变量：描述两种流体的搅拌水平的搅拌度，以及与饱和度共轭的流动导数。在标准（热力学）统计力学中，搅动和流动导数是温度和化学势的类似物。与之相关的类似牛顿的形式主义揭示了描述流动的变量之间的一些迄今未知的关系，包括波动。形式主义开辟了新的方法来表征多孔介质的多相流的实际应用，取代简单的相对渗透率理论，同时仍然保持变量的数量易处理。
2022-05-27 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Disorder-induced non-linear growth of viscously-unstable immiscible two-phase flow fingers in porous media
本研究通过动态孔隙网络模型，探究多孔介质中粘性不稳定两相流指进的非线性增长，揭示毛细管屏障无序性对增长指数的影响及向拉普拉斯增长的过渡机制。
2023-12-22 physics.flu-dyn
Using colloidal deposition to mobilize immiscible fluids from porous media
胶体颗粒有望从多孔介质中动员和去除捕获的不混溶流体，并对关键的能源和水应用产生影响。大多数研究集中于使用可以定位在不混溶流体界面处的颗粒来实现这一目标。因此，研究人员通常寻求优化颗粒的表面活性，以及它们自由移动通过孔隙空间的能力，同时最小限度地沉积到周围的固体基质上。在这里，我们证明，沉积可以，令人惊讶的是，促进动员被困流体从多孔介质，而不需要任何表面活性。使用共聚焦显微镜，我们直接可视化的胶体颗粒和捕获的不混溶流体在一个透明的，三维（3D）多孔介质。我们发现，作为非表面活性颗粒沉积在固体基质上，越来越多的被困流体变得动员。通过分析沉积的程度以及被困液滴的几何形状，我们解开了基本的物理学，在孔隙尺度上：沉积增加了被困液滴上的粘性应力，克服了使它们被困的毛细作用的影响。给定捕获流体的初始分布，这种分析使我们能够预测通过胶体沉积动员的流体的程度。总之，我们的工作揭示了一种新的方式，可以利用胶体动员被困流体从多孔介质。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
An improved multicomponent pseudopotential lattice Boltzmann method for immiscible fluid displacement in porous media
多孔介质中的不混溶流体驱替发生在几种自然和工业过程中。例如，在从多孔岩石储层中提取石油的过程中，使用水来驱替石油。本文采用基于多分量赝势格子玻尔兹曼方法的改进数值模型，研究了非均匀多孔介质中的一次排水和自吸现象。我们从文献中应用最近的发展，并开发新的压力边界条件。我们表明，该模型是能够模拟现实的粘度比，它允许独立的调整表面张力从粘度。此外，该模型抑制了以前的计划，其中捕获的流体体积随时间显着变化的非物理行为。此外，我们表明，开发的模型正确地捕捉到流体位移的基本物理现象。我们模拟了油水流动，并验证了束缚水和残余油饱和度的实测值是现实的。最后，我们改变多孔介质的润湿条件来表示不同的润湿状态。对于不同的情况下，我们表明，模拟与实验结果吻合良好。
2022-02-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Rheology of immiscible two-phase flow in mixed wet porous media: Dynamic pore network model and capillary fiber bundle model results
采用解析可解的毛细纤维束模型和动态孔隙网络模型研究了混合湿条件下多孔介质中的不混溶两相流。通过允许每个管或链接具有从给定分布中随机选择的不同润湿角，在模型中实现混合润湿性。这两个模型表明，混合润湿性可以有显着的流变学方面的依赖性的全球体积流量的全球压降的影响。在毛细管纤维束模型中，对于小的压降，当只有一小部分管打开时，发现体积流率取决于作为幂律的过量压降，其指数等于3/2或2，取决于流动所需的最小压降。当所有的管是开放的，由于高压降，体积流量线性依赖于压降，独立的润湿性。在大多数管打开的过渡区域中，体积流量更敏感地依赖于润湿角分布函数，并且通常不是简单的幂律。动态孔隙网络模型的结果也表明，当压降较大时，流量与压降呈线性关系。然而，在此限制的动态孔隙网络模型表现出更复杂的行为，取决于混合润湿性条件和饱和度。特别地，将体积流率与过量压降相关联的指数可以取1.0和1.8之间的任何值。的指数的值是最高的饱和度接近0.5，也，指数一般增加时，两种流体的润湿性的差异较大，当这种差异是存在的多孔网络的一个较大的分数。
2021-08-28 physics.flu-dyn
Dynamic wettability alteration in immiscible two-phase flow in porous media: Effect on transport properties and critical slowing down
通过输送两种不混溶流体的无序孔隙网络模型模拟了由于在富油多孔介质中注入低盐度水或任何其它润湿性改变剂而引起的接触角的变化。我们引入了一个动态的润湿性改变机制，其中每个孔的时间依赖性的润湿性是由通过它的水的累积流量确定的。进行模拟，以达到不同的可能改变的润湿角（$θ$）的稳态。我们发现，偏离油湿条件重新动员卡住的集群，并增加了石油分流量。然而，在分数流的增加率强烈依赖于$θ$和$θ\to 90^\circ$，一个临界角，该系统显示临界减慢，其特征在于由两个动态临界指数。
2015-07-22 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effective permeability of an immiscible fluid in porous media determined from its geometric state
本文提出一种基于几何状态的人工神经网络，用于预测多孔介质中不混相两相流的有效渗透率，在4500个未见样本上达到R²=0.98，解决了从孔隙尺度到达西尺度的升尺度问题。
2023-06-22 physics.data-an physics.flu-dyn
The role of wetting on the flow of two immiscible fluids in porous media
通过混合相场-浸入边界方法模拟多孔介质中两相流体界面动力学，揭示了毛细数和润湿性对毛细指进与稳定穿透模式的影响，并提出基于穿透长度和速度识别界面模式的新方法。
2024-05-30 physics.flu-dyn
On the displacement of two immiscible Oldroyd-B fluids in a Hele-Shaw cell
当Hele-Shaw盒中的Stokes流体被粘性较低的流体取代时，Saffman-Taylor不稳定性发生。该模型可用于多孔介质二次采油的研究。自1960年以来，{聚合物溶液}被用作驱替液;此外，多孔储层中的油通常可以被认为是非牛顿流体。出于这一事实，在本文中，我们研究的线性稳定性的位移的两个Oldrophil-B流体在一个直线的Hele-Shaw细胞，即使通过多孔介质的流动的直接相关性不是那么明显。我们得到了扰动增长率的近似公式，它依赖于两种流体的Weissenberg数之差。{对于该差值的临界值，将显示增长率的放大。}这种奇异性是在协议与{以前}的数值和实验结果，已经报道了几篇论文关于复杂的流体在Hele-Shaw细胞的流动。
2019-03-20 physics.flu-dyn
System of equations and staggered solution algorithm for immiscible two-phase flow coupled with linear poromechanics
本文介绍了变形多孔介质中油水两相渗流方程和线性渗流方程，以及求解耦合方程组的交错解法。
2021-07-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Derivation of effective macroscopic Stokes-Cahn-Hilliard equations for periodic immiscible flows in porous media
利用热力学和变分原理，我们研究了一个基本的相场模型的两个不可压缩流体的混合物在强穿孔域。借助具有漂移的多尺度方法和我们最近引入的用于Ginzburg-Landau/Cahn-Hilliard型方程的分裂策略[Schmuck等人，程序R. A 468：3705-3724，2012.]，在周期流和足够大的Péclet数的假设下，我们严格地推导出一个有效的宏观相场公式。对于经典的对流扩散问题，我们系统地得到了扩散-弥散关系（包括Taylor-Aris-弥散）。我们的研究结果也提供了一个方便的分析和计算框架，宏观上跟踪多孔介质中的接口。鉴于相场模型众所周知的通用性，我们的研究提出了一个有前途的模型，许多工程和科学应用，如多孔介质中的多相流，微流体，和燃料电池。
2013-10-19 math-ph math.MP physics.class-ph
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
The optimal displacement of immiscible two-phase fluids in a pore doublet
该研究针对孔隙双分支中不混溶两相流体驱替问题，建立考虑多力与几何结构的数学模型并首次推导解析解，明确最优驱替的定义及对应临界毛细管数，可为多孔介质优先渗吸/流现象提供解释依据。
2022-10-27 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
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
Effective rheology of immiscible two-phase flow in porous media consisting of random mixtures of grains having two types of wetting properties
本研究用动态孔隙网络模型探究含两类润湿颗粒的多孔介质中不混溶两相流流变学，发现渗流区零毛细力路径使流动无阈值压力，流量-压降呈线性-幂律-线性变化，还测得了渗流阈值处迁移率的幂律指数。
2023-06-13 cond-mat.soft 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
Interface instability of two-phase flow in a three-dimensional porous medium
通过实验研究三维多孔介质中两相流界面，结合折射率匹配与激光诱导荧光成像及压力测量，提出基于达西渗透率和压降变化率的稳定性判据，发现微晶区域影响前缘稳定性。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Glassy phase transition in immiscible steady-state two-phase flow in porous media
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学）
通过将两相流中的液滴分布映射到自旋玻璃模型，揭示了两相流中玻璃相变与压力梯度依赖性的关系。
2026-03-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Non-isothermal transport of multi-phase fluids in porous media. The entropy production
我们推导出的熵产生的多相流体在一个不变形的，多孔介质中的压力，温度和化学势的差异暴露的运输。宏观尺度上的热力学扩展变量通过在代表性基本体积（REV）上积分而获得。使用欧拉均匀性的一阶，我们得到的吉布斯方程的REV。从这个我们定义的密集变量，温度，压力和化学势，并使用平衡方程，推导出熵产生的REV。熵产生定义套独立的共轭热力学通量和力的标准方式。不互溶组分的两相流的传输被用来说明方程。
2018-05-10 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
Role of pore-size distribution on effective rheology of two-phase flow in porous media
不混溶流体在多孔介质内的流动在稳态流动条件下流体的流变性质中以幂律的形式显示出非线性。然而，不同的实验和数值研究报告了不同的指数值与此幂律。在这里，我们探讨如何在多孔介质中的两相流的流变特性取决于孔隙尺寸的分布，以及它如何影响幂律指数。孔径分布控制多孔材料中孔径及其密度的波动。我们提出了两种方法，使用毛细管束模型的分析计算和使用动态孔隙网络模型的数值模拟。我们观察到从非线性到线性流变学的交叉时，增加流量的非线性部分是高度受孔径分布。我们还对两种流体的不同饱和度进行了研究。
2021-05-14 physics.flu-dyn
Comment on "Radiative effect on natural convection flows in porous media, A.A. Mohammadein, M. A. Mansour, Sahar M. Abd El Gaied and Rama Subba Reddy Gorla [Transport in Porous Media 32:263-283, 1998]"
本文讨论了Darcy-Brinkman-Forchheimer多孔介质中的自然对流边界层流动。在能量方程中考虑了辐射效应。一个双参数摄动法用于方程的解决方案。一阶结果以表和图的形式给出。这是一个有趣的工作，但也有一些弱点，这是下面介绍：
2007-08-20 physics.flu-dyn
History-independence of steady-state in simultaneous two-phase flow through porous media
多孔介质中多相流的排渗或吸渗过程的瞬态行为强烈依赖于系统的历史和初始条件。然而，当达到稳态政权和排水和吸胀发生在孔隙水平，演化历史和初始准备的影响是一个悬而未决的问题。在这里，我们提出了一个广泛的实验和数值研究的历史依赖性的同时通过多孔介质的稳态两相流。我们的实验系统由一个充满玻璃珠的Hele-Shaw细胞组成，我们通过传输两种不混溶流体的无序孔隙网络进行数值模拟。从测量的全球压力演变，直方图的饱和度和集群大小分布，我们发现，当两相都流经多孔介质，稳定状态不依赖于系统的初始准备或它已经达到的方式。
2013-04-17 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
Comment on "Scalings of Rayleigh-Taylor Instability at Large Viscosity Contrasts in Porous Media"
对“多孔介质中大粘度对比下瑞利-泰勒不稳定性的定标”（N。Sabet，H. Hassanzadeh，A. De Wit和J. Abedi（2021）Phys. Rev. Lett. 126：094501）。
2022-03-30 physics.flu-dyn
Passive Cavitation Mitigation on Hydrofoils via Porous Media: A Comparative Study of LES and RANS Models
本研究数值比较LES与RANS模型，探讨多孔介质作为被动策略抑制NACA 66 (MOD)水翼在非稳态两相流中的空化现象。
2025-05-26 physics.flu-dyn
Approximate self-similar solutions for the boundary value problem arising in modeling of gas flow in porous media with pressure dependent permeability
在渗透率与压力有关的情况下，考虑了气体在多孔介质中的流动。近似的自相似解的边值问题被发现。
2014-09-26 physics.flu-dyn
Simulation of incompressible two-phase flow in porous media with large timesteps
多孔介质中的多相流现象广泛存在于油气藏工程、油气系统分析和CO $_2$封存等领域。虽然仿真通常使用全隐式离散化来增加时间步长，但由于非线性求解器（例如牛顿法）的不收敛性，时间步长通常存在限制。在这里，这个问题是解决的Buckley-Leverett方程，该模型不可压缩的，不混溶的，两相流，没有毛细势。方程被重铸为梯度流使用相场法，和一个凸的能量分裂计划，使大的时间步长，即使对于高度的不均匀性的渗透率和粘度。通过使用相场公式作为同伦映射，基本的双曲流方程可以用大的时间步长求解。对于一个异构的测试问题，新的同伦方法允许的时间步长增加了6个数量级以上，相对于未修改的方程，同时保持收敛。
2017-04-18 physics.flu-dyn
A new Timestep Criterion for the Simulation of Immiscible Two-Phase Flow with IMPES Solvers
Fraunhofer ITWM（弗劳恩霍夫应用数学研究研究所）；RPTU Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨科学技术大学）
本文提出了一种迭代IMPES求解器和新的时间步长准则，用于模拟涉及压缩性流体相的不可混溶双相流。该时间步长准则结合Courant-Friedrichs-Lewy条件和数值计算的速度导数，适应时间步长大小，不依赖主导流动特征。该求解器在多种流动场景中表现出高效和鲁棒性，包括压降主导和毛细管主导流动，且无需调整任何数值参数。此外，它在具有不连续多孔介质参数（如孔隙率、渗透率和毛细管压力函数）的案例中成功达到预期的稳态状态。与传统Coats时间步长准则相比，本文的方法在Buckley-Leverett问题和重力-毛细管平衡示例中保持了相似的精度，但时间迭代次数更少。在空气压缩示例中，新时间步长准则在非润湿相质量守恒方面显著优于Coats准则。
2026-05-21 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
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
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
Finite element modelling of immiscible two-phase flow in oil reservoirs
本文提出用有限元法模拟油藏中不混溶两相流，通过商业软件验证并模拟三维四分之一反转五点井网基准，证明其高效可行。
2023-11-09 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Investigating the migration of immiscible contaminant fluid flow in homogeneous and heterogeneous aquifers with high-precision numerical simulations
由于非饱和带和饱和带之间系统的不同行为，非饱和带中三相不混溶流体流动的迁移的数值模拟具有挑战性。这种行为的结果是使用不同的数值方法的流体流动的数值模拟取决于它是在非饱和区或饱和区。本文表明，使用高分辨率的激波捕捉保守方法来解决三相不混溶流体流的非线性控制耦合偏微分方程，允许通过两个区域的系统的数值模拟提供一个统一的视野（和分辨率）的迁移的不混溶污染物问题在多孔介质内。特别是，使用不同的初始方案（包括非均质含水层中的不透水的“透镜”），三维数值模拟结果的时间演变的污染物迁移以下的饱和剖面的三相流体流在饱和饱和带。它被认为是密度小于水的轻质非水相液体，或密度大于最初在不饱和干燥土壤中释放的水的致密非水相液体。我们的研究表明，命运的不混溶的污染物的迁移在饱和带的可准确地描述，使用一个独特的数学保守模型，不同的演变取决于系统的物理参数的值，包括污染物的密度，并准确地跟踪尖锐的（冲击）污染物前沿的演变。
2022-03-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Spatial Fluctuations Of Fluid Velocities In Flow Through A Three-Dimensional Porous Medium
我们使用共聚焦显微镜直接可视化的空间波动的流体流动通过三维多孔介质。我们发现，速度的大小和速度分量都沿和横向施加的流动方向呈指数分布，即使与第二不混溶流体的残留捕获。此外，我们发现孔隙尺度的相关性，由介质的几何形状确定的流量。我们的研究结果表明，尽管相当复杂的孔隙空间，通过它的流体流动是不完全随机的。
2013-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
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
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
Study of fluid displacement in 3D porous media with an improved multi-component pseudopotential lattice Boltzmann method
将最近发展起来的一种改进的多分量赝势格子玻尔兹曼方法推广到三维，并分析了它在模拟真实多孔介质流动中的适用性。该模型的验证和特点，通过基准，我们研究其性能，通过模拟不混溶流体在三维几何形状的位移。被认为是两个样本，即，一包球数值获得，和Bentheimer砂岩岩石样品实验获得。我们表明，与此模型，它是可能的，以模拟现实的粘度比，调整表面张力独立，最重要的是，以保持被困流体的体积。我们还评估了该模型在图形处理单元（GPU）上的计算性能，并提到了实现的优化，以提高计算速度，减少内存需求。
2022-10-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Capillary fluctuations and energy dynamics for flow in porous media
毛细能障对不混溶流体在多孔介质中的流动有重要影响。我们推导出时间和空间平均理论来解释非平衡行为，并理解非热毛细波动在其与更大尺度唯象方程的关系中的作用。该公式解决了多孔介质中双流体流动的几个关键问题：（1）基于时间和空间平均值将几何和热力学量构造为时间的光滑函数;（2）为薄膜开发平均热力学;（3）识别多尺度波动项，它解释了由于孔隙尺度事件而发生的界面和薄膜的瞬态行为;（4）推导了平均热力学的几何约束条件;（5）提出了一种新的包含薄膜贡献的毛细压力动力学本构模型;（6）建立了基于毛细波动的代表性单元体积（REV）的时空判据。毛细波动定量评估孔隙尺度模拟和实验岩心驱替数据的基础上。
2021-05-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattice-Gas Simulations of Ternary Amphiphilic Fluid Flow in Porous Media
我们发展了现有的二维格子气模型，模拟单相、二元不混溶和三元两亲流体的流动。这涉及在网格上包括固定障碍物，以及包括“无滑移”边界条件。在这里，我们报告的初步应用，这种模型的模型多孔介质内的流体流动。建立了流体侵入的边界条件，描述了表面活性剂水溶液侵入对含油饱和岩石吸排过程的影响。
1998-10-13 comp-gas cond-mat.soft nlin.CG
