Drying and cracking mechanisms in a starch slurry
淀粉-水泥浆通常用于研究断裂动力学。干燥淀粉饼受益于简单，经济，可重复的系统，并已被用来模拟土壤中的干燥断裂，油漆中的薄膜断裂和熔岩中的柱状节理。本文研究了淀粉-水混合物的物理性质，并用于解释和发展干燥的多相传输模型。淀粉饼被观察到具有非线性弹性模量，和干燥应变，这是由它们的最大可实现的毛细管压力所产生的。结果表明，一个大的材料孔隙率之间的淀粉粒的孔隙空间，和淀粉粒内的孔隙划分。这种孔隙空间的划分导致两种不同的干燥制度，分别由水的液体和蒸汽传输控制。干燥淀粉产生柱状断裂模式的相对独特的能力被证明与这两种运输机制的异常强烈的分离有关。
2009-10-09 cond-mat.soft
Dynamics of Viscous Entrapped Saturated Zones in Partially Wetted Porous Media
多孔介质中的渗流是一种典型的多相流体流动过程，在自然界和工业应用中具有重要意义。在非饱和土和多孔介质的排水过程中，饱和团簇（其中液相完全占据固体颗粒之间的孔隙空间）影响系统的相对渗透率和有效应力。在这项研究中，我们实验研究排水过程中的非饱和颗粒介质作为一个模型多孔系统。通过光学成像方法分析了不同排水条件下饱和团簇的分布，其中使用Voronoi和Delaunay细分的孔隙尺度信息来表征饱和团簇分布的拓扑结构。通过统计分析，描述了多孔介质中多相流和流体截留的观测时空信息。结果表明，晶胞尺寸和孔径的分布与饱和团簇尺寸的时空分布呈正相关。饱和集群大小被发现遵循对数正态分布，其中广义邦德数负相关的尺度参数和正相关的形状参数。这些研究结果可用于连接孔隙尺度行为与整体的流体力学特性在部分饱和多孔介质中，使用的饱和度和广义邦德数。
2018-02-21 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
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
Pore-scale simulations of drainage in granular materials: finite size effects and the representative elementary volume
本文提出了一个适用于多分散球密相填充中两相流动的孔隙尺度模型。该模型被开发为一个更一般的流体力学耦合框架的一个组成部分，基于离散元法，这将在未来的论文中阐述。在这里，重点是生成一个网络的孔隙映射球形颗粒之间的空隙空间，并定义当地的标准，管理的主要排水过程。利用正三角剖分法对孔隙空间进行了分解，识别出一组由喉道连通的孔隙。基于平衡时毛细管压力和表面张力的平衡，对每个喉道的局部入口毛细管压力进行评估。该模型反映了可能的截留断开补丁的后退润湿相。通过与排水试验的对比验证了该方法的有效性。一系列的模拟报告，以说明尺寸和边界效应，关键问题时，研究小样本的球形颗粒无论是在模拟或实验。对不同大小的样本进行重复测试，得到的含水量演变不仅分散，而且对小样本量有很强的偏倚。需要超过20，000个球体来将饱和度偏差降低到0.02以下。通过对64，000个球体的大样本进行二次采样来生成其他统计数据。他们认为，用于评价饱和度的最小取样体积是以相同精度测量孔隙度所需取样体积的一百倍。这一要求在样本量方面引起了对高效计算机代码的需求。本文所述的方法具有低算法复杂度以满足该要求。它将非常适合于进一步发展的耦合流动变形问题，其中的微观结构的演变需要频繁更新的孔隙网络。
2016-01-05 cond-mat.mtrl-sci 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
Role of cavitation in drying cementitious materials
本研究旨在确定和分离水的性质对硬化水泥浆体第一解吸等温线形状的作用。已经观察到，脱附不仅通过后退弯月面发生，而且还受到空化的影响。经典成核理论被用来理解和检查影响空化的参数。结果表明，在解吸等温线上，在0.3 pv psat时，由于均匀空化作用，发生了突然失水。进一步的研究表明，均匀的空化发生在凝胶孔隙的一部分，是从其余的毛细孔在孔隙网络中断开。
2021-01-07 cond-mat.soft physics.class-ph
Dynamics of swelling and drying in a spherical gel
本文通过大变形孔隙力学模型与聚丙烯酰胺球体实验，研究了球形水凝胶溶胀与干燥的瞬态内部动力学，揭示了两种过程的本质差异及干燥断裂风险。
2016-12-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flow and Jamming of Granular Suspensions in Foams
颗粒泡沫的排水研究的条件下，颗粒不被单独捕获的间隙孔隙空间的收缩。随着颗粒体积分数$ϕ_{p}$的增加，排水速度连续减小。悬浮液堵塞-因此排水停止-对于值$ϕ_{p}^{*}$，其揭示了颗粒尺寸的强烈影响。在占特定的几何形状的泡沫，我们表明，$ϕ_{p}^{*}$占不寻常的约束效应时，颗粒包装成泡沫网络。我们的模型定量的整体行为的悬浮液-从流动到堵塞-考虑明确的发散，其有效粘度在$ϕ_{p}^{*}$。在排水范围之外，预计报告的堵塞转变对与颗粒泡沫相关的所有方面（从老化到机械性能）都具有深刻的意义。
2014-01-13 cond-mat.soft
Investigating frictional instability due to pressurization in granular media: insights from coupled computational fluid dynamics discrete element method
University of Houston（休斯顿大学）
通过三维CFD-DEM耦合模拟，研究排水条件如何通过孔隙压力扩散、排水与接触网络退化间的颗粒尺度反馈控制颗粒剪切层的失稳机制。
2026-06-04 cond-mat.soft physics.geo-ph
Fluid drainage in erodible porous media
排水，其中非润湿流体取代润湿流体从多孔介质中，是充分研究的介质与不变的固体表面。然而，许多介质可能会被排水侵蚀，被侵蚀的物质会重新沉积在下游的孔隙中，从而改变进一步的流动。在这里，我们使用理论和模拟来研究这些耦合过程如何改变整体流体位移路径，并帮助重塑固体介质。我们发现了两个新的排水行为具有显着不同的特点，并定量描述的条件下，他们出现。因此，我们的研究结果有助于扩大目前对这些丰富的物理学的理解，并对工业和环境中的排水应用产生影响。
2023-03-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Extended Microprestress-Solidification Theory (XMPS) for Long-Term Creep and Diffusion Size Effect in Concrete at Variable Environment
固化理论已被公认为是一种理论上合理的方法来描述由于水化材料在混凝土孔隙中的沉积而引起的徐变减小。自平衡纳米微预应力的概念已被接受为一个可行的模型，为显着的几十年后的蠕变粘度下降的水化效果变得太弱，和任何突然变化的孔隙湿度或温度后的蠕变粘度增加。最近，虽然，它出现了原来的微预应力固化理论（MPS）预测错误的扩散尺寸效应的干燥蠕变和干燥收缩背后的干燥蠕变的延迟。这里介绍的是一个扩展（XMPS），它克服了这两个问题，还改进了模型响应的一些其他特性。为此，区分不同的纳米和宏观尺度粘度。上述不正确的预测克服了宏观尺度粘度的孔隙湿度变化率的依赖性，这是一个新的功能，灵感来自以前的分子动力学（MD）模拟的分子层之间的两个平行滑动C-S-H片移动的水。老化是在计算水化度的基础上进行的，并考虑了温度变化对孔隙相对湿度的影响。还提出了根据混凝土配合比估算渗透系数与孔隙湿度关系的经验公式。通过文献中的相关测试数据进行了广泛的验证。
2018-04-27 cond-mat.soft physics.app-ph
Effect of a non-volatile cosolvent on crack pattern induced by desiccation of a colloidal gel
胶体凝胶的固结导致巨大的应力，该应力通常在形成不期望的裂纹时释放。凝胶网络在干燥过程中破裂的能力取决于孔隙液体中压力梯度的存在和重要性;此外，它还取决于凝胶松弛所产生的干燥应力的方式。在本文中，一个二元混合溶剂饱和的凝胶网络上的裂纹图案形成的效果进行了研究。事实上，掺入少量的非挥发性共溶剂，即甘油，抑制干燥诱导的裂纹;此外，向胶体分散体中添加大于10%的浓度导致在室温条件下无裂纹的涂层。质量随时间的变化表明，蒸发速率和裂解时间不受甘油的影响，在添加甘油含量的范围内研究。此外，机械性能的测量表明，弹性模量与甘油含量降低。裂缝数量随甘油含量的减少与孔隙液体中压力梯度的平坦化有关。该机制被证明是由于两个过程的组合：由压力梯度驱动的流动和扩散机制，根据Scherer的工作（1989）。
2012-06-27 cond-mat.soft
Time-dependent pore-network modelling of Ostwald ripening in porous media
Imperial College London（帝国理工学院）；Obafemi Awolowo University（奥巴费米·阿沃洛沃大学）
本文提出了一种时间依赖性孔隙网络模型，结合瞬态质量传输、毛细压力异质性和真实孔隙喉道几何形状，研究多孔介质中奥斯特瓦尔德成核过程的动力学演化。模型应用于Bentheimer砂岩，研究湿气后残留气体饱和度下的奥斯特瓦尔德成核过程，揭示了吸湿和排水事件对局部毛细压力的影响。
2026-04-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamical instabilities of two-fluid interfaces in a porous medium: A three-dimensional video imaging study
多孔介质中的双流体界面是驱动无序系统的一个例子，通过具有孔隙尺度分辨率的实时三维成像技术研究了粘性较低的流体取代粘性较高的流体。随着流速的增加，界面从平坦转变为指状，然后转变为液滴，用于排水和吸液。结果比较和对比的随机性，物理（孔隙空间的几何形状）和化学（润湿性的流体），对动态不稳定性的影响，并确定的孔隙尺度的过程，管理它们的起源。
2011-03-22 cond-mat.soft
Investigating the source of hysteresis in the Soil-Water Characteristic Curve using the multiphase lattice Boltzmann method
本文利用多相格子玻尔兹曼方法进行孔隙尺度模拟，排除了空气截留、接触角滞后等已知因素后仍观察到SWCC滞后，并通过对比润湿和干燥过程中液气相分布，揭示了滞后源于孔隙填充与排空时弯月面曲率半径的系统性差异。
2022-04-14 cond-mat.soft physics.geo-ph
Drying and percolation in spatially correlated porous media
我们研究了如何通过多孔介质传播的干燥前的动力学受到影响的小尺度相关性的材料特性。为此，我们首先提出了干燥实验中的微流控多孔介质的微观模型。在这里，流体压力发展更多的间歇性动态，因为局部相关性被添加到孔隙空间的结构中。我们也考虑这个问题的数值，使用的模型与捕获的入侵渗流，并发现有一个交叉的入侵行为与系统中的无序的长度尺度。足够大的事件相关的临界指数是类似于经典的入侵渗流问题，而增加一个有限的相关长度显着影响雪崩和突发的指数值，到一些特征的大小。这意味着，即使是一个薄弱的局部结构可以干扰的普遍性，入侵渗流现象。
2018-09-10 cond-mat.soft nlin.AO
Molecular Dynamics simulation of evaporation processes of fluid bridges confined in slit-like pore
一个简单的流体，通过Lennard-Jones势相互作用的点状粒子所描述的，被认为是下限制在两个壁之间的狭缝几何形状在距离Lz的汽液共存曲线内的密度。平衡则需要两壁之间的液体“桥”和剩余孔隙体积中的蒸汽共存。我们研究这种平衡的几个选择的壁-流体相互作用（对应于整个范围从完全润湿到完全干燥，宏观厚膜），并考虑在这样的系统中的状态变化的动力学。特别是，我们研究如何建立这种平衡的扩散过程中，当液体被插入到一个最初空的毛细管（部分或完全蒸发到真空），或当可用的气相体积增加。我们比较了描述这些过程的速率在这样的非均匀系统中的扩散常数在相应的散装液体和蒸汽相的扩散常数。
2009-01-23 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
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
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
Transition from viscous fingers to foam during drainage in heterogeneous porous media
本研究采用孔隙网络模型探究非均质多孔介质排水过程，发现粘性指流到泡沫的转变，揭示转变距离的幂律衰减规律及泡沫降低流动性的特性与失稳机制。
2023-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Microscopic theory of capillary pressure hysteresis based on pore-space accessivity and radius-resolved saturation
多孔介质的连续介质模型使用宏观参数和状态变量来捕捉孔隙尺度物理的基本特征。我们提出了一个宏观属性“accessibility”（$α$）来表征多孔介质中不同尺寸孔隙的网络连通性，宏观状态描述符“半径分辨饱和度”（$ψ_w(F),ψ_n(F)$）来表征流体相的分布。小附着性（$α\to0$）意味着不同尺寸孔隙之间的串联连接，而大附着性（$α\to1$）对应于更多的平行排列，正如经典毛细血管束模型隐含假设的那样。基于这些概念，我们开发了一个统计理论准静态不混溶排渗在任意周期，并达到简单的代数公式更新$ψ_n(F)$，自然捕获毛细管压力滞后，与$α$控制量的滞后。这些概念可用于解释滞后数据，高档孔隙尺度的观察，并制定新的本构律，通过提供一个简单的概念框架，量化连接性的影响，并可能有更广泛的实用程序在连续建模的运输，反应和相变在多孔介质中。
2018-10-02 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
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
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
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
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
Damage in porous media due to salt crystallization
我们调查了砂岩中两种最常见的盐：氯化钠和硫酸盐的盐损害的起源。结果表明，所观察到的两种盐之间的损害的差异是直接相关的结晶动力学和盐溶液和晶体相对于石头的界面性质。我们表明，对于硫酸钠，水合和无水晶体的存在，特别是它们的溶解和结晶动力学是负责的损害。使用磁共振成像和光学显微镜，我们表明，当水吸收硫酸钠污染的砂岩，然后在室温下干燥，大的损害发生在孔隙中充满盐的区域。在部分溶解后，存在于这些区域中的无水硫酸钠盐引起硫酸盐的水合相以簇的形式非常快速地生长，所述簇形成在剩余的无水微晶上或附近。这些簇的快速生长产生超过石头的拉伸强度的应力，导致损坏。氯化钠只形成无水晶体，因此在实验中不会造成损害。
2010-07-13 cond-mat.soft physics.class-ph
