Effect of hydrogel particle additives on water-accessible pore structure of sandy soils: A custom pressure plate apparatus and capillary bundle model
为了探索水凝胶颗粒添加剂对砂土的水可及孔隙结构的影响，我们介绍了一种自定义的压力板方法，其中从湿颗粒填料排出的水的体积作为施加压力的函数进行测量。使用毛细管束模型，我们表明，在保留水每压力增量的差异变化是直接相关的累积横截面积分布$f(r)$的水可访问的孔隙半径小于$r$。这是通过测量从由2 mm直径玻璃珠组成的模型砂土中排出的水来验证的。特别是，排出的水被发现显着地依赖于样品的高度和使用毛细管束模型的分析给出了相同的孔径分布的所有样品。发现该分布近似为对数正态分布，并且发现可进入孔隙空间的总横截面积分数为$f_0=0.34$。然后，我们报告的孔隙分布和总的水可及面积分数的影响，由高吸水性水凝胶颗粒添加剂，均匀地混合到一个固定高度的样品在不同的浓度。在固定体积和自由溶胀条件下，填料中水可进入孔隙的总面积分数随着凝胶浓度的增加呈指数下降。孔的尺寸分布被溶胀的水凝胶颗粒显著改变，使得大孔被堵塞，同时形成小孔。
2013-04-30 cond-mat.soft
Capillary rise of water in hydrophilic nanopores
我们报告的毛细上升的水在三维网络的亲水性二氧化硅孔与3.5nm和5 nm的平均半径，分别（多孔Vycor整料）。我们发现经典的平方根的时间卢卡斯-沃什伯恩法律的吸胀动力学在整个毛细管上升时间长达16小时的调查。假设我们假设在二氧化硅壁处存在两个预吸附的强结合的水分子层，这对应于二氧化硅纳米孔中水流的负速度滑移长度为-0.5nm，我们可以通过孔中心的水的保留流动性和毛细作用来描述填充过程。这种预期的分区在两个动态组件反映了结构热力学分区在强烈的二氧化硅结合水层和毛细冷凝水的孔隙中心，这是记录的吸附等温线测量。
2009-06-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Capillary Rise of Liquids in Nanopores
我们目前的测量自发吸胀（毛细上升）的水，线性烃（正C16 H34）和液晶（8 OCB）到单片，纳米多孔Vycor玻璃（平均孔径5 nm）的孔隙空间。作为时间的函数，m（t）的多孔主机的质量吸收的测量，是在很好的协议与卢卡斯-沃什伯恩的时间预测，典型的吸液到多孔主机的平方根。相对毛细管上升速度的比例，如预期从体相流体参数。
2007-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Analysis of electrolyte transport through charged nanopores
我们重新审视了经典的问题，电解质溶液的流动通过带电的毛细管纳米孔或纳米管所描述的毛细管孔模型（也称为“空间电荷”理论）。该理论假设非常长且薄的孔隙，并使用一维通量-力形式主义，其将通量（电流、盐通量、流体速度）和驱动力（电势差、盐浓度、压力）联系起来。我们分析的一般情况下，重叠的双电层的孔隙和非零轴向盐浓度梯度。3 $\times$ 3矩阵与这些数量表现出昂萨格对称性，我们报告了一个显着的新的简化对角元素有关的轴向盐通量的化学势的梯度。我们证明了昂萨格对称性在变量变化下保持不变，我们通过变换到Gross和Osterle（1968）给出的不同的通量-力矩阵来说明这一点。毛细管孔模型非常适合描述用于电动能量转换和水脱盐的带电膜或纳米流体装置的非线性响应，只要横向离子分布保持在局部准平衡。作为一个例子，我们评估电力生产从盐浓度差通过反向电渗析，使用效率与功率图。我们表明，由于毛细孔模型允许在盐浓度的轴向梯度，部分回路电流，盐通量或流体流动可以在孔隙中发展。使用简化模型预测宏观输运性质，其中假定电势和浓度随径向坐标不变（“均匀电势”或“细毛细孔”模型），接近完整模型的结果。
2019-08-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Pore network model of evaporation in porous media with continuous and discontinuous corner films
在多孔介质蒸发过程中，角膜可分为两种类型。连续的角膜连接到本体液体，而不连续的角膜不连接。为了揭示角膜对多孔介质蒸发的影响，建立了一个同时考虑连续和不连续角膜的孔隙网络模型，该模型考虑了毛细力和粘性力以及角膜对孔隙临界压力的影响。模型中还考虑了大、小孔间突然几何膨胀引起的毛细阀效应。所建立的孔隙网络模型与准二维微观模型多孔介质的蒸发实验结果吻合较好，不仅反映了各孔隙中液体饱和度的变化，而且反映了总蒸发速率的变化。并将忽略角膜或液体粘度的孔网络模型与实验结果进行了比较，以揭示角膜的作用。连续的角膜，这有助于维持高蒸发速率，可以中断的不连续的，不仅通过气体侵入孔，而且由于局部凸拓扑结构的固体基质的毛细管剪刀效应。
2019-12-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drainage front width in a three-dimensional random porous medium under gravitational and capillary effects
该研究提出一种估算重力与毛细作用下三维随机多孔介质稳定排水锋面宽度的理论方法，基于梯度渗流无限团簇锋面推导含多参数的宽度表达式，且理论预测与键侵入渗流模型的数值结果吻合良好。
2025-05-07 cond-mat.soft
Wetting in a two-dimensional capped capillary. Part I: Wetting temperature and capillary prewetting
在这两部分的研究中，我们调查的相行为的流体空间局限在一个半无限的矩形孔形成的三个正交的墙壁和连接到一个水库保持恒定的压力和温度值的流体。远离盖壁，这种典型的二维系统简化为一维狭缝孔隙。然而，破缺的平移对称性导致润湿行为显着不同的狭缝孔。使用具有长期Lennard-Jones流体-流体和流体-基底相互作用的原子流体的现实模型，我们首次详细计算了二维带帽毛细管的完整相图。我们的分析是基于流体的统计力学，特别是密度泛函理论。我们表明，毛细润湿温度的存在，这是一个属性的孔，相对于流体温度决定是否毛细凝聚是一个一阶或连续的相变。我们还首次报告了一阶毛细润湿转变，这可以通过一阶毛细预湿。一个完整的参数研究进行，我们支持我们的研究结果与详尽的例子，密度分布，吸附和自由能等温线，以及完整的相图。
2013-09-20 cond-mat.soft
Preferential imbibition in a dual-permeability pore network
深入了解渗透率差异多孔介质中的两相驱替对于设计和优化提高采收率工艺至关重要。在本文中，我们研究了两个双渗透率的几何形状，是相等的渗透率对比的强制吸胀行为。首先，建立了双重孔隙中自吸的数学模型，该模型表明自吸动力学可以用粘度比$λ$和毛细管数$Ca_m$来描述，并创造性地考虑了通道宽度和长度的影响。通过对数学模型的有限差分求解，建立了$λ-Ca_m$相图，描述了孔隙偶线中的自吸优先性。然后，我们研究了渗吸过程中的双渗透性孔隙网络使用一个行之有效的格子玻尔兹曼方法，专注于粘性和毛细管力之间的竞争。与双重孔隙相似，高$Ca_{m}$时优先渗吸发生在高渗透带，而低$Ca_{m}$时优先渗吸发生在低渗透带。当$Ca_m$不足够高时，观察到倾斜的前进模式，这归因于非平凡的界面张力。由于新定义的毛细管数，临界$Ca_{m}$曲线上的突破，同时发生在两个渗透率区，被发现完全匹配，从孔隙双峰，这是最大化的吸胀效率在整个孔隙网络的最佳条件。
2020-12-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Predicting and extending the bubble-free operating limit of capillary-fed water electrolysis
Institute of Mechanical Engineering, EPFL（EPFL机械工程学院）
本研究通过模型和实验证明，毛细管供给水电解的无气泡运行极限由隔膜孔径决定，减小孔径可显著提升极限并降低电压，表明该极限是可设计的。
2026-10-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Theory of fluid slip in charged capillary nanopores
基于毛细孔模型（空间电荷理论）的组合流体和离子流通过圆柱形的纳米孔或纳米管，我们推导出修改后的连续方程，包括壁滑移。我们重点讨论了离子电导和流电导，以及与动电能转换和电渗泵相关的交叉系数。我们结合的理论与Langmuir-Stern 1-pK电荷调节边界条件，导致在盐浓度的交叉系数的非单调依赖。
2016-03-30 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Capillary and winding transitions in a confined cholesteric liquid crystal
本文考虑了一个平面胞腔（狭缝孔）中手性粒子的Lebwohl-Lasher模型，在不同的边界条件下，用平均场论求解。研究了该体系的相行为随温度和孔宽的变化规律。观察到两种现象：（i）各向同性-弯曲过渡，其表现出相对于孔宽度的振荡结构，和（ii）由弯曲节距和孔宽度之间的弯曲效应引起的无限组的弯曲过渡。后者的过渡已被预测和分析的其他作者胆固醇局限在一个固定的孔和受外部场促进单轴相变;在这里，我们诱导绕组过渡仅从几何形状通过改变孔的宽度在零外部场（最近在原子力显微镜实验探索的设置）。与以往的研究结果相比，我们得到了温度-孔宽平面上的相图，包括各向同性相变、弯曲相变以及它们之间的复杂关系。特别地，缠绕过渡的结构通过三相点终止于毛细管各向同性-胆甾相过渡，其中受限的各向同性相与具有不同螺旋指数的两种胆甾相共存。对于对称和非对称单稳态平板锚定，相图定性相似。
2015-07-23 cond-mat.soft
Capillary rise dynamics of liquid hydrocarbons in mesoporous silica as explored by gravimetry, optical and neutron imaging: Nano-rheology and determination of pore size distributions from the shape of imbibition fronts
我们提出了重力，光学和中子成像测量的毛细驱动渗透的介孔二氧化硅玻璃的碳氢化合物。平方根的时间卢卡斯-沃什伯恩入侵动力学被发现为直链烷烃从正癸烷（C10），正十六烷（C60）和角鲨烷，支链烷烃，在多孔Vycor与6.5 nm或10 nm的孔径，分别。湿度相关的实验使我们能够研究的吸水动力学吸附在孔壁的水层的影响。除了最长的分子研究，C60，侵入动力学可以描述为散装流动性和散装毛细作用，只要我们假设一个粘贴，孔壁吸附边界层，即单层水覆盖的单层平面铺设的碳氢化合物。然而，对于C60，一个增强的吸胀速度相比，在散装的预期值被发现。这表明在二氧化硅壁的速度滑移或剪切粘度降低，由于向一个聚合物样的流动在受限的几何形状的过渡开始。两者，光散射和中子成像表明一个明显的粗糙化的吸胀前线。它们的整体形状和宽度可以通过中子成像来分辨。的前线可以描述由一个独立的润湿前线移动与孔径依赖的时间平方根的法律和加权根据从氮气吸附等温线获得的孔径分布的叠加。这一发现表明，在多孔介质中，如Vycor玻璃，与互连，细长的孔，吸胀前的形状是唯一的决定由独立的运动的液体微珠。这些都是由拉普拉斯压力和水力渗透率的变化，从而在侵入前沿的孔径变化。我们的研究结果表明，孔径分布可以从扩大的吸液前线。
2015-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Hierarchical materials with interconnected pores from capillary suspensions for bone tissue engineering
本文将毛细管悬浮液与冷冻浇注结合，制备孔径跨尺度、开放且高孔隙率的氧化铝和β-TCP层级多孔支架，并通过流变分析揭示次级流体与固相亲和性的影响。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Linking continuum-scale state of wetting to pore-scale contact angles in porous media
润湿现象在多孔介质流动中起着关键作用。相对渗透率和毛细压力-饱和度函数对润湿性表现出高度敏感性，其在连续体和孔隙尺度上有不同的定义。在连续尺度上，润湿状态被定义为Amott-Harvey或USBM（美国矿业局）通过毛细管压力排水和吸胀循环。在孔隙尺度上，使用接触角的概念，直到最近才通过实验在不透明多孔介质内确定。因此，通过X射线计算机显微断层扫描测量孔尺度接触角的最新进展引起了各种研究团体的极大关注。在这项工作中，高斯-博内定理被应用到提供一个直接的联系毛细管压力饱和$P_c(S_w)$数据和测量的孔隙尺度接触角分布。我们建议，多孔介质的润湿状态可以描述的几何参数，约束不混溶流体的形态状态。该约束描述了给定系统可能存在的可能的接触角和界面曲率的范围。我们目前在测试砂岩的USBM指数，$P_c(S_w)$，和孔隙尺度接触角测量。还使用两相格子玻尔兹曼模拟进行了其他研究，以测试更广泛的润湿条件。我们发现，平均孔隙尺度接触角测量可以预测岩石物理数据在几个差异。这提供了一个一般的框架，如何连续尺度的数据可以用来描述多孔介质内的流体的几何状态。
2019-10-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Capillary condensation in cylindrical nanopores
利用巨正则蒙特卡罗模拟，我们探讨了无限长的圆柱形孔内三重温度下Ar的毛细凝聚（CC）现象。已经研究了半径R= 1 nm、1.7 nm和2.5 nm的孔，使用由气体在由与包括多孔主体的材料相同的材料制成的平面表面上的阱深度D参数化的气体-表面相互作用势。对于具有强烈吸引力的情况，即，大的D，一个或多个（取决于R）Ar层连续吸附之前，液体填充孔。相反，对于非常小的D值，在低于饱和蒸汽压P0的任何压力P下，发生的吸附可以忽略不计;高于饱和时，最终会出现一个P阈值，在该阈值处，覆盖率几乎不连续地从空跳到满。发现当突变CC发生时，即对于R>= 1.7 nm，以及当R= 1 nm时对于小D，在模拟数据中出现滞后。然后，从许多实验和模拟研究中可知，吸附等温线的孔排空分支比孔填充分支具有更大的N。CC和平面上的润湿之间的关系进行了讨论的阈值D，这是大约一半的值发现在一个平面上的润湿阈值。这一发现是一致的一个简单的热力学模型的润湿转变以前开发的。
2005-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interface shapes in microfluidic porous media: conditions allowing steady, simultaneous two-phase flow
Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
研究探讨了微流体多孔介质中稳定同时两相流的条件，通过分析毛细压力和几何形状的影响，揭示了桥接现象和snap-off发生的机制。
2021-08-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulations on the role of channel structure for reactive capillary infiltration
多孔介质的结构与各种力学和物理现象密切相关，这一点已被广泛认识。目前工作的重点是毛细作用，发生在微米级的孔隙尺度的过程。我们试图通过晶格玻尔兹曼模拟在2D与反应边界导致表面生长，并最终孔隙关闭毛细渗透的孔形状的影响进行表征。所调查的系统包括单通道与不同的简化形态：即，周期性的配置文件与正弦曲线，阶梯形和锯齿形的墙壁，以及收缩和扩张与矩形，凸和凹的步骤。这是一个有用的方式来分解的复杂性，典型的多孔介质的基本结构。模拟结果表明，最小半径本身无法正确表征的渗透动力学。通道的结构成为控制该过程的主要属性。导致这种行为的一个因素被确定为接触线的钉扎的发生。事实证明，孔结构的最佳配置来自于具有圆形形状的大颗粒的堆积。在这种情况下，具有宽且直的流动路径的概率更高。应避免出现锐边的刻面表面，因为在窄到宽的部件附近会出现钉扎现象。这项研究的动机是熔融金属渗透到碳预制件。这是一种为高级应用设计的陶瓷部件的制造技术。实验工作的指导方针进行了讨论。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the capillary stress tensor in wet granular materials
本文提出了一种非饱和颗粒介质在摆动制度的细观力学研究，数值实验的基础上，使用离散元方法，相比，一个微观结构弹塑性模型。考虑到水的影响，通过增加毛细血管的接触和他们的后果方面的力量和水量进行了研究。通过模拟三轴压缩试验，研究了部分饱和的宏观和微观效应。由这两种方法提供的结果似乎是在良好的协议，再现的主要趋势的部分饱和的颗粒组装，如剪切强度的增加和硬化与吸力。此外，毛细管应力张量表现出从毛细管力通过使用均匀化技术。宏观和微观的考虑都强调与材料内部的孔隙流体分布有关的毛细应力张量的诱导各向异性。由于这种流体组构的张量性质意味着与吸力有关的固相上的剪切效应，因此与标准的等效孔隙压力假设进行了比较。结果表明，水的影响引起微观结构的现象，不能被认为是在宏观层面上，特别是当处理材料的历史。因此，研究指出，非饱和土应力的定义应包括，除了宏观应力，如总应力，微观颗粒间的应力，如由毛细作用力，为了更准确地解释孔隙流体的力学行为的粒状材料的影响。
2011-05-05 cond-mat.soft
Capillary Rise and Imbibition of Liquids in Nanoporous Matrices: Rheological Concepts and Experiments
毛细力推动的液体流动是多孔介质中最重要的输运机制之一。它是由一个迷人的相互作用的界面，粘性阻力以及重力，液体遇到入侵时，往往复杂的拓扑结构的几何形状，如毛细管网络的树木或相互连接的裂缝在土壤和冰。在这里，我们提出的基本原理，概念和实验，重力研究的毛细作用驱动的入侵动力学的液体在网络中的孔几个纳米横跨单片，纳米多孔二氧化硅玻璃（多孔Vycor）。随着湿度和温度的变化，自发吸胀后的液体的积木的复杂性的变化，使我们能够获得有关的流动性和毛细作用的液体在这样的纳米多孔环境中的信息。我们观察到的时间吸液动力学的平方根，我们可以定量地描述了一个保守的散装流动性在孔隙中心和散装毛细作用在前进的duplexi，如果我们假设一个粘性的边界层（负速度滑移长度）。此外，pecularities的nanopore限制的液体，如运输通过气相导致预吸附的液体层，必须适当占。在增加链长的情况下的正构烷烃，我们发现的暗示，从粘滑流的孔壁的过渡，增加链长，从而聚合物的行为。报道了正二十四烷在多孔Vycor中的半月板冻结。对于棒状液体增稠剂（8OCB）的流变学，我们没有发现在进入非晶相时粘度下降的迹象，这是该液晶的本体流变学的典型特征。
2010-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Influence of pore-scale disorder on viscous fingering during drainage
我们研究粘性指进在排水实验中线性Hele-Shaw细胞填充随机多孔介质。发现细胞的中心区在统计学上比平均值更被占据，并且具有系统宽度的40%的横向宽度，而与毛细管数$Ca$无关。交叉长度$w_f \propto Ca^{-1}$分离较低的尺度，其中侵入者的分形维数$D\simeq1.83$与毛细指进相同，以及较大的尺度，其中发现维数是$D\simeq1.53$。横向宽度和大尺度尺寸小于扩散限制聚集的结果，但可以用介质击穿模型来解释。事实上，我们表明，当平均在毛细阈值淬火无序，一个有效的法律$v\propto (\nabla P)^2$涉及的平均界面生长速率和局部压力梯度。
2005-01-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Effects of Pore-Scale Disorder on Fluid Displacement in Partially-Wettable Porous Media
我们提出了一个系统的，定量评估的影响，孔隙大小的混乱和它的相互作用与流速和润湿性不混溶驱的粘性流体。孔隙尺度模拟和微观模型实验表明，减少无序增加驱替效率和紧凑性，最大限度地减少流体-流体界面面积，通过（i）在低速率下的捕获和（ii）在高速率下的粘性指进。增加润湿角抑制捕获和指进，从而降低位移对潜在紊乱的敏感性。一个修改后的毛细管数$\mathrm{Ca^*}$，其中包括无序$λ$对粘性力的影响（通过孔隙连通性）是直接相关的$λ$，在与以前的作品。我们的研究结果对扫掠效率和流体混合和反应产生了重要影响，这在微流体技术用于碳地质封存、能源回收以及土壤通气和修复等应用中至关重要。
2016-10-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spatio-temporal dynamics of surfactant driven secondary invasion in Gaussian pore networks
本研究针对表面活性剂改变界面性质导致多孔介质中初始入侵渗流突破后的二次驱替问题，采用耦合IP与降阶输运-吸附模块的时变孔隙网络框架，揭示了其时空动力学及表面活性剂传质动力学与网络方差对入侵的调控作用。
2025-11-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Stable and unstable capillary fingering in porous media with a gradient in grains size
我们提出了一个理论和实验研究的缓慢排水的多孔介质中的粒度梯度（因此，在典型的孔隙的喉道），在外部引力场。我们数学上表明，这种结构梯度和外力有一个类似的效果，得到的排水模式，当他们稳定的入侵锋。借助新引入的实验装置，基于透明多孔基质的3D打印，我们说明了这种等价性，并将其扩展到前沿不稳定的情况。我们还提出了一些相同的现象，这是符合我们的理论和实验结果的入侵渗流模拟。特别是，我们表明，稳定的排水前沿的宽度主要尺度与平均孔隙侵入阈值的空间梯度和局部分布的这个（无序）阈值。标度指数由逾渗理论得出，二维系统的标度指数为-0.57。总的来说，我们提出了一个统一的理论，最经典的双流体流动的放大。
2022-03-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tailoring porous media for controllable capillary flow
多孔介质中毛管流的控制假说具有广泛的实际意义。然而，通过调整孔径或通过修改界面润湿性来实现对这些过程的准确和可靠的控制仍然具有挑战性。在这里，我们提出，通过毛细渗透的液体流动可以通过调整多孔介质的几何形状来精确地调节，并开发数值方法来实现这一点。方法达西定律的基础上，提出了一个通用的框架，以方便控制毛细流动在多孔系统中通过剪裁的多孔结构的几何形状。基于有限元法的数值模拟方法也被用来验证理论预测。结果-一个基本的毛细管组件与可调的速度梯度的设计，根据所提出的框架。通过使用基本组件，两个功能的毛细管元件，即（i）流量放大器和（ii）流阻器，被证明。然后，通过集成所设计的毛细管元件，实现了具有可控毛细管流动的多功能流体装置。所有的理论设计都通过数值模拟进行了验证。最后，本文提出的模型可以推广到多孔介质的三维设计
2021-06-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Oil droplet behavior at a pore entrance in the presence of crossflow: Implications for microfiltration of oil-water dispersions
通过求解纳维-斯托克斯方程，数值研究了在近流诱导剪切作用下，钉扎在喷嘴入口处的油滴的行为。我们发现，在没有交叉流的情况下，所需的临界跨膜压力，迫使液滴进入孔是在很好的协议与基于杨拉普拉斯方程的理论预测。随着剪切速率的增加，渗透的临界压力增加，并且在足够高的剪切速率下，油滴破碎成两段。数值模拟结果表明，低表面张力、高油水粘度比和大液滴尺寸有利于液滴在孔隙入口处破碎，但对接触角的大小不敏感。使用简单的力和扭矩平衡参数，由于横流和破碎毛细管数的临界压力增加的估计，并得到验证不同的粘度比，表面张力系数，接触角，和滴孔径比。
2013-06-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The evolution of invasion patterns due to surfactant adsorption in anomalous pore distribution: Role of Mass Transfer and Laplace Pressure
本研究构建时变孔隙网络模型，探究反常孔隙分布下表面活性剂吸附对不混溶驱替侵入模式的影响，通过传质与拉普拉斯压力两种策略量化反馈机制，揭示孔喉分布特征对二者主导性的调控规律。
2025-05-07 cond-mat.soft
Pore network models for the evaporation of complex fluids in porous media
本研究开发孔隙网络模型，模拟多孔介质中溶胶-凝胶转变流体的干燥，揭示孔隙分布控制空气入侵并延长恒速期，通过粘度依赖蒸发压力规则捕捉局部结皮，成功复现实验干燥曲线。
2025-02-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Imbibition triggered by capillary condensation in nanopores
我们研究的空间-时间动态的水吸收毛细冷凝从不饱和蒸汽中的介孔硅层（孔径$r_\mathrm{p} \simeq 2$ nm），利用光学反射率的局部变化作为水饱和度的函数。我们的实验阐明了两个定性不同的制度作为所施加的外部蒸汽压的函数：对于低饱和度，通过扩散样过程发生平衡;对于高饱和度，吸胀样润湿前导致快速平衡朝向完全饱和的样品。我们表明，吸胀动力学可以描述一个修改后的Lucas-Washburn方程，考虑到液体的开尔文方程所隐含的应力。
2016-12-20 cond-mat.soft
Visualizing multiphase flow and trapped fluid configurations in a model three-dimensional porous medium
我们报告了一种方法来充分可视化两个不混溶流体通过模型三维（3D）多孔介质在孔隙尺度分辨率的流动。使用共聚焦显微镜，我们直接图像的排水介质的非润湿油和随后的吸湿流体。在吸胀过程中，润湿液在介质的狭窄缝隙中夹断油丝，形成不连续的油神经节。这些神经节中的一些仍然被困在介质中。通过解析被困神经节的完整3D结构，我们表明，典型的神经节的大小，和残余油的总量，随着毛细管数Ca的增加而减少;这种行为反映了润湿液中的粘性压力和迫使油通过介质孔隙所需的毛细管压力之间的竞争。因此，这项工作显示了孔隙尺度流体动力学如何影响通过3D多孔介质的多相流中的捕获流体配置。
2013-01-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Capillary and priming pressures control the penetration of yield-stress fluids through non-wetting 2D meshes
本研究实验揭示了水基屈服应力流体穿透疏水网格的过程由屈服应力、毛细压力与启动压力竞争控制，并首次发现启动压力源于局部毛细不稳定性引起的压力降。
2025-11-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Superfast non-linear diffusion: Capillary transport in particulate porous media
流体在多孔介质（如砂）中的迁移通常被认为是在高饱和度水平下，在孔隙尺寸处具有液体通道。在这封信中，我们揭示了一个低饱和度制度，在我们的实验中观察到的极低挥发性的液体沉积在沙子上的液滴。在这种情况下，液体主要存在于颗粒表面粗糙度内和颗粒之间接触处形成的毛细桥中。桥梁作为可变体积水库和流动是由毛细压力所驱动的湿润锋根据粗糙度长度尺度。我们建议，这种迁移（扩散）是桥梁体积调整这种压力分布和粘性损失的蠕动流粗糙度之间的相互作用的结果。净宏观结果是一个特殊情况下的非线性扩散描述的超快扩散方程（SFDE）的饱和与独特的数学特征。我们得到的解决方案，由SFDE定义的移动边界问题，有力地传达了时间幂律的传播，在我们的实验中看到的。
2013-10-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Orientational transition in nanobridges of nematic liquid crystals in slit pores
本研究利用Monte Carlo模拟表征了狭缝孔中向列相液晶纳米桥的形态，发现随着狭缝间距D增大，纳米桥内发生从单轴到双轴的取向相转变。
2023-04-10 cond-mat.soft
Stability of particle laden interfaces of drops flowing through a pore
当载有固体颗粒并悬浮在液体中的液滴通过窄孔时，其界面经历强烈的剪切和拉伸，并且颗粒筏可能朝向液滴的后部积聚。使用在设定压力下驱动的Pickering液滴的良好控制的公式，我们确定了Pickering液滴通过会聚-发散孔隙后固体颗粒从油-水界面排出的两个条件：（i）颗粒在液滴后部的积聚使得表面压力在界面处积聚。(ii)屈曲引起的表面压力松弛受几何约束的影响。这两个条件是合理化使用三个无量纲数：毛细管数，颗粒的孔径比，和滴粒径比，这允许占界面处的粘性剪切，孔壁和滴之间的润滑膜的稳定性，在界面处吸附的颗粒筏上的阻力，和它的机械行为。
2022-10-18 cond-mat.soft
Dynamics of drying in 3D porous media
用共聚焦显微镜研究了三维多孔介质的干燥动力学。我们观察到突然的空气入侵的大小从单个粒子到数百个粒子。我们表明，这些结果从强大的流动，从大孔隙中的水到小孔隙中的水在干燥过程中。这种流动导致空气侵入开始于大的管道，随后扩散到整个系统。我们测量了气侵的大小和结构，表明它们与侵入渗流相一致。通过改变颗粒尺寸和接触角，我们明确地表明，毛细管压力占主导地位的干燥过程。
2008-07-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spontaneous imbibition in porous media: from pore scale to Darcy scale
自吸由于其在许多地下和工业应用中的重要性而受到广泛关注。揭示孔隙尺度的润湿动力学，特别是其升级到达西尺度仍然没有得到解决。在这项工作中，我们进行基于图像的孔隙网络建模的并流自发自吸和相应的准静态自吸，在均匀的烧结玻璃珠以及异质Estaillades。考虑到广泛的粘度比和润湿性条件。基于我们的孔隙尺度的结果，我们显示了孔隙尺度的非均匀性的自吸动力学和非润湿截留的影响。我们阐明了不同的孔隙填充机制的吸胀，这有助于我们了解润湿动力学。最重要的是，我们开发了一个非平衡模型的相对渗透率的润湿相，充分纳入润湿动力学。这对于开发具有可测量的材料特性（如毛细管压力和相对渗透率）的两相渗吸模型的最终目标至关重要。最后，我们提出了一些未来的工作，数值和实验验证的非平衡渗透率模型。
2021-04-07 cond-mat.soft physics.geo-ph
From Interface Dynamics to Darcy Scale Description of Multiphase Flow in Porous Media
本综述针对多孔介质多相流从孔隙尺度升尺度到达西尺度的长期难题，对比了受实验启发、依托近年孔隙尺度成像与建模进展提出的相关新概念。
2025-10-22 cond-mat.soft 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
Turning Porous Functional Materials into Directional Transport Platforms with Unidirectional Surface Acoustic Waves
Department of Chemical Engineering, Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院化学工程系）；Intelligent Systems Engineering, Indiana University at Bloomington（印第安纳大学布卢明顿分校智能系统工程）
本文提出利用浮动电极单向转换器（FEUDTs）将多孔材料转化为主动泵送传输平台，通过生成主导单向表面声波（SAWs）实现高效定向传输，揭示了声学激活多孔介质的设计规则。
2026-04-10 cond-mat.soft
Drainage in a model stratified porous medium
我们表明，当一个非润湿流体排水分层多孔介质在足够小的毛细管数Ca，它只流过介质的粗地层;相比之下，高于阈值Ca，非润湿流体也被迫横向，部分相邻的，更精细的地层。这种局部浸润的空间范围随着Ca的增加而增加。我们定量地了解这种行为，通过平衡地层规模的粘性压力驱动流动与所需的毛细管压力侵入个别孔隙。由于地质构造经常分层，我们预计，我们的研究结果将是相关的一些重要的应用，包括了解石油迁移，防止地下水污染，地下CO $_{2}$存储。
2013-01-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.flu-dyn
Micro-mechanical Failure Analysis of Wet Granular Matter
我们采用了一种新的流体颗粒模型来研究不同饱和度下的颗粒土的剪切行为，从干材料通过毛细管桥制度，以更高的饱和度与膨胀集群。考虑到可能的液体形态的全部复杂性，这意味着形成孤立的任意大小的液体集群与个人拉普拉斯压力，通过在晶粒表面上的薄膜通过液体交换演变。液体团簇的尺寸可以增长，收缩，合并和分裂，这取决于局部条件，可访问的液体的变化和由颗粒相决定的孔隙空间形态。该相由基于接触动力学的离散颗粒模型表示，其中从液相施加的毛细管力添加到球形颗粒的运动中。通过三轴剪切试验，研究了不同含液量下体系在外加压力作用下的宏观响应。此外，在压缩过程中由于孔隙空间的变形的液体团簇分布的变化进行评估接近临界载荷。
2016-04-23 cond-mat.soft
The Effect of Confinement on Capillary Phase Transition In Granular Aggregates
利用三维平均场格子气模型，分析了约束效应对不同无序度的颗粒聚集体中毛细相变性质的影响，以及通过颗粒与孔隙互换得到的逆多孔结构.令人惊讶的是，限制效应被发现是不太明显的颗粒状聚集体，而不是多孔结构。我们表明，这种差异可以理解的表面-表面的相关长度通过流体域的连接路径，这表明该长度捕获的真实程度的限制。我们还发现，这些多孔材料中的液-气相变在毛细临界温度附近具有二级性质，这表明代表了真正的临界温度，即与无序程度和固体基质的性质（离散或连续）无关。根据有限尺寸标度分析的临界指数表明，这种转变属于P.G. de Gennes的方法，其基本的随机场由流体-固体相互作用中的局部无序引起。
2020-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Polymeric Liquids in Nanoporous Photonic Structures: From Precursor Film Spreading to Imbibition Dynamics at the Nanoscale
本文利用集成光子晶体的介孔硅膜芯片，通过光干涉光谱原位研究苯乙烯二聚体和五聚体在纳米孔中的前驱膜铺展与渗吸动力学，揭示分子尺寸依赖的输运行为及异常缓慢渗吸机制。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Lattice Boltzmann modeling of two-phase flow in macroporous media with application to porous asphalt
多孔沥青（PA）是一种开级配多孔材料，孔隙率为20%，可快速排水，改善驾驶和声学条件。然而，高孔隙率导致与水的显著接触，从而导致较短的预期寿命。为了提高PA的耐久性和性能，必须了解水的分布及其停留时间，这需要捕获各种多相现象。出于这些原因，进行了数值研究，详细分析在PA中发挥作用的流体传输机制，对估计PA的纳米至毫米级的孔结构内的液体分布。在这项研究中，LBM用于复杂多孔区域中的多相流的详细分析。本文发展了一种多相单组分LBM方法，并采用并行计算的方法，对多孔介质中和表面上的不同相分离现象进行了数值模拟。LBM用拉普拉斯定律和动态毛细管侵入测试进行验证，然后用解析解、不同的接触角、管形状和尺寸验证毛细管吸收模拟。本文研究了方管和三角管中的孔弯月面和角部弧弯月面。为了解决雨滴在PA表面上的行为，径流，润湿，钉扎和蒸发的单滴考虑的接触角的变化，表面润湿不均匀性和结构的影响。最后，重力驱动排水在PA研究与LBM根据时间演变的水分分布与实验数据进行比较，显示出良好的协议。这项研究可以更好地了解发生在复杂的多孔介质，即PA，在孔隙尺度上在饱和和不饱和状态下的各种多相流现象，提供信息，提高PA的耐久性和性能。
2018-04-06 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Phase field modeling of partially saturated deformable porous media
基于相场方法建立了部分饱和变形多孔介质的孔隙力学模型，模拟了饱和孔隙空间的液态水和湿空气混合物的行为，相场为饱和度（比）。虽然标准保留曲线预期仍提供多孔骨架的固有保留性质，但取决于多孔质地，润湿性和润湿性之间的表面张力的增强描述可提供多孔骨架的固有保留性质。（液态水）和非湿润（湿空气）流体，占据孔隙空间，考虑到基于对总体自由能的附加贡献的相场模型的正则化，饱和度梯度目的是提供一个更精确的描述表面张力的相互作用。一个增强的本构关系的毛细管压力一起建立一个适当的概括达西定律，其中的梯度的毛细管压力被取代的所谓的广义化学势的梯度，这也占了\lq \lq力\rq \rq \，相场模型的局部自由能。提出了一种新的毛细压力本构关系的微观尺度的启发式解释，以比较设想的模型与赋予平均界面面积的概念。所考虑的孔隙力学模型的应变梯度理论的框架内制定，以考虑可能的影响，在实验室规模，高度局部化的流动（指进）和局部变形的骨架（压裂）之间的微尺度流体力学耦合。
2016-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Grain Scale Modeling of Arbitrary Fluid Saturation in Random Packings
我们提出了一个模型，用于增加液体饱和度的颗粒填料，它可以占液体再分配的饱和度超出了研究良好的毛细桥制度。该模型能够解析并结合毛细桥、毛细孔和完全饱和的孔隙，以形成任何形状的局部液体团簇。由于局部拉普拉斯压力梯度，它们可以通过颗粒表面的液膜进行体积交换。局部不稳定性，如海恩斯跳跃触发的不连续发展的液体前。该模型的适用性证明和基准实验的水平上的个别液体结构，以及在较大的系统相比。
2015-03-25 cond-mat.soft
Confinement-mediated phase behavior of hydrocarbon fluids: Insights from Monte Carlo simulations
多孔介质中烃类流体的相行为与体相环境中的相行为有很大的差异，这是由于多孔介质中存在小于10 nm的孔隙所致。虽然实验和模拟已经测量了天然和合成纳米孔中限制的烃的气泡/露点和吸附等温线，但通过表面润湿性和化学调节的流体-孔相互作用的强度方面的限制效应已经得到了无休止的讨论。更重要的是，禁闭引起的现象的基本物理学仍然模糊不清。在这项工作中，我们研究了正己烷的相行为和毛细凝聚，以了解在分子水平上的限制的影响。为了系统地研究孔效应，我们构建了两种类型的壁约束;一种是由斯蒂尔势描述的无结构的虚拟壁，另一种是表面经羟基改性的全原子无定形二氧化硅结构。我们的数值计算结果表明，流体孔隙相互作用，孔隙尺寸和孔隙形态的影响，在介导的压力-体积-温度（PVT）的烃类性质的重要性。这项工作最显着的发现是，从范德华型吸附等温回路预测的饱和压力可以相对于体相升高或抑制，如图形摘要所示。由于表面能（即，流体-孔隙相互作用）降低，等温蒸气压增加，表明流体更倾向于以蒸气状态存在。流体-孔隙相互作用的充分减少甚至可以将蒸气压升高到本体流体的蒸气压以上。
2020-03-06 cond-mat.soft physics.comp-ph
Interaction between corner and bulk flows during drainage in granular porous media
University of Oslo（奥斯陆大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）
本研究提出动态双网络模型，模拟颗粒多孔介质排水中的活塞式主体流与角流-液膜次要流，发现液体连通结构及流动贡献随毛细数和邦德数显著变化。
2024-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
