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
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
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
On the anomalous dynamics of capillary rise in porous media
十多年前在实验上发现的多孔介质中毛细上升的异常动力学（Delker等人，物理修订信函76（1996）2902）。发达国家的理论是基于考虑的主要模式的运动共同形成的润湿前的达西尺度上的drocci。这些模式，其中包括（i）动态润湿模式，（ii）阈值模式和（iii）界面脱钉过程，被纳入到边界条件的体方程制定的多孔介质连续介质力学的规则框架，从而允许考虑一个一般情况下的三维流动。发展的理论使得有可能描述实验中观察到的所有制度，时间跨度超过四个数量级，并突出了在不同阶段的过程中占主导地位的物理机制。
2012-06-27 physics.class-ph physics.flu-dyn
Percolation without trapping: how Ostwald ripening during two-phase displacement in porous media alters capillary pressure and relative permeability
针对长期地下气体储存中的 Ostwald 熟化效应，本文提出以无捕集渗流建模两相驱替，并用孔隙网络模型校正常规测量的饱和度、毛细管压力和相对渗透率，发现其高估捕集量 20–25%。
2024-06-17 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
Capillary Pressure-Saturation relation derived from the Pore Morphology Method
本研究提出一种扩展的孔隙形态法，纳入润湿角、流体圈闭机制并结合密度泛函理论，可高效计算二维孔隙的毛细管压力-饱和度关系，经实验验证后探究了多因素对入口压力和残余饱和度的影响。
2025-01-13 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
The Interface Conditions for Pressures at Oil-water Flood Front in the Porous Media Considering Capillary Pressure
流体前缘是流体不连续分布的跳跃界面，其界面条件是多孔介质多相流数学模型的理论基础。跳跃界面处的常规界面条件表示为连续的达西速度和流体压力（CPVCM）。本文通过考虑毛管压力而忽略压缩系数和重力的一维油藏水驱油研究对此进行了检验。从理论上证明了总达西速度和总压力（Antoncev等定义），而不是达西速度和压力的水和油，是连续的在洪水前沿，而不考虑流体和多孔介质的压缩性。在此基础上，建立了各流体压力和达西速度的新界面条件，由于该模型反映了洪水前沿的跃变压力和跃变达西速度，因此统称为跃变压力和跃变速度条件模型（JPVCM）。最后给出了三个应用实例，结果表明JPVCM比CPVCM更合理。关键词：洪水锋面;跃变条件;两相流;数值通量;数学模型
2016-03-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Spontaneous imbibition dynamics in interacting multi-capillary systems: A generalized model
管束模型以前被用来理解多孔介质中的流动行为。多孔介质中孔隙间的相互作用可以用相互作用毛细管模型来描述。然而，孔的布置是至关重要的理解在相互作用的毛细管系统中的流动行为，这也导致不同的自发自吸的控制方程。为此，在本工作中，我们首先开发了一个广义的一维润滑近似模型来预测相互作用的多毛细管系统中的吸胀行为。使用我们的广义模型，我们观察到的流动动力学，具有领先的弯月面和突破时间的毛细管的半径和毛细管的排列的对比度。我们还表明，在突破过程中，多毛细管系统的饱和度取决于毛细管的排列。我们表明，突破的管模型中发生在无量纲时间的$0.5$，而突破的相互作用的毛细管系统之间发生的无量纲时间$0.31$和$0.42$，在这项研究中考虑的毛细管系统。将相互作用的多毛细管系统与管串模型进行了比较，结果表明相互作用的多毛细管系统更接近于真实的多孔介质。
2020-12-21 physics.flu-dyn
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
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
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
Heat and Mass Transfer in the Porous Wick of a Capillary Evaporator
采用混合孔隙网络模型研究毛细蒸发器多孔芯传热传质，发现热导率影响过热极限、突破及寄生热流，并提出双层多孔芯设计以优化性能并扩大热负荷范围。
2023-10-25 physics.flu-dyn
Capillary Network Model: Capillary Power and Effective Permeability
本文提出了一个简单的多孔介质两相流模型。一个连接到统计力学通过应用毛细功率作为约束。然后使用随机抽样来测试这种方法的有效性。发现在过渡值以上的流量的随机采样和时间步进之间的良好协议。
2012-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
convective heat transfer enhancement of non-condensing vertical upward slug flow using capillary-assisted phase separation
本文讨论了在多孔管内局部液体循环中利用相分离强化不凝弹状流的对流换热。采用数值模拟方法研究了垂直上升管内无相变（沸腾和凝结）的空气-水弹状流动和换热特性。采用流体体积-连续表面力（VOF-CSF）方法，在二维轴对称计算区域内对两相流动和传热控制方程进行数值求解。多孔管的后端（出口）是开放的，以允许流体排出，但考虑了前端的两种不同设计;具有封闭前部的多孔管，其防止气泡进入多孔管并将气泡保持在环形间隙中;具有开放前部的多孔管允许气泡流过多孔管。模拟结果表明，多孔管内外液体的逆向流动在管内形成了轴向和径向的液体循环，提高了管壁附近的液体速度，从而强化了对流换热。研究还发现，对于强化对流换热而言，存在一个最佳的多孔插入管直径（或管壁与多孔管之间的环形间隙尺寸）。在这项研究中使用的多孔管插入的情况下的最大努塞尔数是大约五倍以上的光管中的液体流动。
2019-10-21 physics.flu-dyn
Yield stress fluid behavior of foam in porous media
本文对泡沫在二维非均质模型多孔介质中的流动进行了局部分析。压力测量与直接观察相结合，以便同时确定有效粘度和捕获气体的分数。实验是在低质量制度，在大范围的毛细管数和相对气体流速。在低毛细管数下，有效粘度非常高（高达水的几千倍），并且流变学可以通过毛细管数的指数的递减幂律函数描述，范围从-1到-0.75。流动是不均匀的，优先路径的比例随着相对气体流量而增加。然而，优先路径的分数的增加仍然非常有限，增加毛细管数，从而无法解释所观察到的强烈剪切稀化行为。由这一发现所激发的附加实验，在不同横截面的直通道中进行，显示出在低毛细管数下在这种几何形状中气泡训练表现为剪切变稀屈服应力流体的Bretherton定律的偏差。压力阈值证明帐户定量的有效粘度数据的微观模型，表明它是测量的泡沫流变学的主要机制。
2019-06-10 physics.flu-dyn
Numerical Simulations of Gravity-Driven Fingering in Unsaturated Porous Media Using a Non-Equilibrium Model
这是一个计算研究重力驱动的指进不稳定性在非饱和多孔介质。控制方程和相应的数值方案基于Nieber等人的工作[第23章，《土壤斥水性》，编辑。C. J. Ritsema和L. W. Dekker，Elsevier，2003]，其中通过用非平衡毛细管压力-饱和度关系补充Richards方程以及包括滞后效应来获得非单调饱和度曲线。该研究的第一部分采取了广泛的看看手指的解决方案，在模型中的某些关键参数，如毛细管形状参数，初始饱和度和毛细管松弛系数的灵敏度。第二部分是一个比较发表的实验结果，证明了该模型捕捉现实的指法行为的能力。
2010-05-18 physics.flu-dyn
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
A fully-coupled discontinuous Galerkin method for two-phase flow in porous media with discontinuous capillary pressure
在本文中，我们制定和测试数值完全耦合间断伽辽金（DG）方法不可压缩两相流与间断毛细管压力。空间离散化使用的对称内部惩罚DG制定加权平均值，是基于润湿相电位/毛细管电位制定的两相流系统。对角隐式Runge-Kutta格式的时间离散后，得到的系统的非线性代数方程组求解牛顿的方法和产生的线性方程组的系统有效地解决，并在并行代数多重网格方法。新的计划进行了研究，从文献中的各种测试问题，并进行了比较，以细胞为中心的有限体积计划的精度和时间的解决方案。我们发现，该方法是准确的，强大的和有效的。特别是没有后处理的DG速度场是必要的，相反，由几个作者报告的解耦计划的结果。此外，求解器的规模以及在并行和三维问题，高达近100万自由度，每一个时间步长已计算在1000个处理器。
2013-09-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Stable and efficient time integration of a dynamic pore network model for two-phase flow in porous media
研究了多孔介质中不混溶两相流动态孔隙网络模型的三种不同的时间积分方法。考虑的是两个显式方法，向前欧拉和中点方法，和一个新的半隐式方法在此开发。已知显式方法在低毛细管数时会出现数值不稳定性。提出了一个新的时间步长准则，以稳定它们。数值实验，包括海恩斯跳跃的情况下，进行，这些表明稳定的实现。此外，从海恩斯跳跃的情况下的结果与实验观察是一致的。性能分析表明，半隐式方法是能够进行稳定的模拟，少得多的计算工作量比显式方法在低毛细管数。使用半隐式方法的相对益处随着毛细管数$\mathrm{Ca}$的减小而增加，并且在$\mathrm{Ca} \sim 10^{-8}$处，所需的计算时间减少了三个数量级。这种提高的效率使模拟在低毛细管数制度是不可行的显式方法和毛细管数的范围内，孔隙网络模型是一个易于处理的建模替代方案，从而大大扩展了半隐式方法。
2018-07-02 physics.comp-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
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
Rate dependency of capillary heterogeneity trapping for CO2 storage
本文通过层状Bentheimer岩样多相流实验与CT扫描，证实CO2封存中毛细管非均质性捕集随流速降低而增强，并建立一维解析模型实现从岩心到现场尺度的快速捕集估算。
2025-11-06 physics.flu-dyn
Forced Imbibition in Stratified Porous Media: Fluid Dynamics and Breakthrough Saturation
渗吸是润湿流体取代非润湿流体的过程，在各种能源、环境和工业过程中起着核心作用。虽然该过程通常在具有均匀渗透率的均匀多孔介质中进行研究，但在许多情况下，介质具有不同渗透率的多个平行地层。这种分层如何影响吸液的流体动力学，以及润湿流体突破到给定介质的末端后的流体饱和度，还知之甚少。我们解决这个知识的差距，通过开发一个分析模型的吸液在多孔介质中有两个平行的地层，结合孔隙网络模型，明确地描述了地层之间的流体横流。通过数值求解这些模型，我们研究了突破后留下的流体动力学和流体饱和度。我们发现，非润湿流体的突破饱和度最小化时，施加的毛细管数Ca被调谐到一个值Ca $^*$，这取决于两种流体之间的介质和粘度比的结构。因此，我们的研究结果提供了定量的指导方针，预测和控制分层多孔介质中的流动，与水的修复，石油/天然气的回收，并在不同的材料中需要水分管理的应用程序的影响。
2021-08-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rupture of liquid bridges on porous tips: Competing mechanisms of spontaneous imbibition and stretching
液桥是自然界中常见的现象，其破裂引起的液体迁移在各种工业应用中有着广泛的应用。在这项工作中，重点是多孔尖端，我们研究了毛细效应的影响，液体传输引起的破裂，通过数值模拟。为了描述多孔针尖的毛细效应，本文提出了一个时间尺度比R_T来比较自发自吸和外部阻力的竞争机制。然后，根据R_T，考虑尖端的几何形状、孔隙率和润湿性，建立了估计液体保留率的理论模型。本文提出的机理为微流体或微加工中更精确地控制液体传输提供了一种可能的方法。
2020-08-24 physics.flu-dyn
Bridging scales in porous media: cDFT-informed pore network modelling for fluid transport with nanoconfined phase behavior
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
本文提出一种多尺度过滤框架，结合孔隙网络建模和经典密度泛函理论，用于预测纳米受限相行为下的流体传输，研究孔隙结构和热力学条件对渗透率的影响。
2026-05-12 physics.chem-ph physics.flu-dyn
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
Saturation-Dependence of Dispersion in Porous Media
在这项研究中，我们开发了一个饱和度依赖的处理分散在多孔介质中使用的概念，从关键路径分析，聚类统计的渗流，和分形标度的渗流集群。我们计算空间溶质分布作为时间的函数，并计算到达时间分布作为系统大小的函数。我们以前的研究结果正确地预测了在实验长度尺度上超过十个数量级的分散度值的范围，但该理论不包含对孔隙度或相对饱和度的明确依赖。这一遗漏使与色散实验结果的比较复杂化，色散实验结果通常在饱和度小于1时进行。现在，我们将我们对到达时间分布的预测与在饱和度范围内的单个柱上的实验进行具体比较。这种比较表明，这种分布作为饱和度的函数的最重要的预测是不是饱和度本身的值，但随机或侵入渗流模型的适用性，这取决于实验条件。
2012-10-16 physics.flu-dyn
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
Simulating temporal evolution of pressure in two-phase flow in porous media
我们模拟了多孔介质中两相渗流中由于毛细力和粘性力引起的压力随时间的演化。我们分析了我们的结果，根据宏观流动方程的两相流。我们还调查了被困集群的压力演化和系统的有效渗透率的效果。我们发现，毛细管力起着重要的作用，在位移过程中的快速和缓慢的注射速率，无论是当入侵的流体是更多或更少的粘性比防御流体。模拟是基于网络模拟器模拟两相排水位移的二维格子管。
1998-01-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Implicit linearization method for non-standard two-phase flow in porous media
在本文中，我们考虑一个非局部（在时间）两相流模型。通过润湿性变化引起的动态毛管压力函数引入非局部性。我们提出了一个单调的不动点迭代线性化方案所产生的非标准模型。该方案将动态毛细管压力函数半隐式处理，并在压力和输运方程中引入了$L$ -方案类型\cite{List2016, Radu2015}稳定项。在物理上可接受的假设下，我们从理论上证明了该方案的收敛性，并通过数值模拟验证了理论分析。该方案的实施和测试的各种储层的非均质性，除了毛管压力函数的动态变化。所提出的方案满足预定义的停止标准内的几个迭代次数。我们还比较了所提出的方案与迭代隐式压力显式饱和方案的性能
2019-09-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Pore-Scale Transport and Two-Phase Fluid Structures in Fibrous Porous Layers: Application to Fuel Cells and Beyond
我们提出了孔隙尺度模拟的两相流在一个重建的纤维多孔层。通过X射线计算机断层成像获得材料的三维微观结构，即燃料电池气体扩散层，并将其用作晶格玻尔兹曼模拟的输入。我们进行了定量分析的多相孔隙尺度动力学，我们确定的主导流体结构管理质量传输。结果表明，存在三种不同的运输制度：- 在短时间内的快速惯性动力学，其特征在于紧凑的均匀前缘;在中间时间的粘性-毛细管状态，其中液体沿着数量逐渐增加的1 - 2孔尺寸的优先流动路径输送;以及在较长时间的第三状态，其中液体，在到达出口之后，仅仅沿着这样的流动路径流动，并且两相流体结构被稳定。我们观察到，纤维层呈现出显着的变化，在其微观形态，这有一个重要的影响孔隙侵入动力学，并抵消稳定的粘性力。液体传输确实受到微结构诱导的毛细管压力的存在的影响，对流动产生不利影响，导致毛细管指状传输机制和不稳定的前位移，即使在没有疏水处理的多孔材料。我们提出了一个宏观模型的基础上有效的接触角，模仿这样的动态毛细管压力的影响。最后，我们强调研究结果对优化口罩设计以缓解当前COVID-19疫情的重要性。
2020-11-10 physics.flu-dyn
Signatures of fluid-fluid displacement in porous media: wettability, patterns, and pressures
研究提出“移动电容器”动态网络模型，通过将流体界面视为移动电容器，首次在多种毛细数和润湿性下重现了多孔介质中的驱替图案与注入压力信号，揭示了不同流动状态的转变特征。
2020-01-14 physics.flu-dyn
A numerical study of two-phase flow models with dynamic capillary pressure and hysteresis
将动态毛管压力、毛管压力滞后和滞后动态系数与传统的一维分数流方程相结合，研究了饱和度超调和压力超调问题。采用直线法，在空间方向上采用Castillo-Grone的模拟算子，在时间方向上采用显式梯形积分器，构造了离散格式。给出了格式的收敛性检验和守恒性。计算的曲线捕获饱和度超调和压力超调现象。数值计算结果与实验结果的比较表明了模型的有效性和不同特点。
2016-11-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A two-dimensional network simulator for two-phase flow in porous media
我们研究了一个二维网络模拟器，能够模拟不同的时间依赖性，在两相排水位移。特别是，我们专注于由于毛细管和粘性力和时间依赖性的两种液体之间的界面的压力的时间演化。考虑到毛细管效应的动态，我们报告高精度的压力测量。此外，该模拟器还包括引流的重要功能，如入侵流体的突发动态和两种液体在管的一部分中的同时流动。通过将模拟结果与排水位移的实验特性进行比较，验证了该模型的有效性。
1997-05-25 physics.flu-dyn
Impact of saturation on evaporation-driven density instabilities in porous media: mathematical and numerical analysis
本研究通过线性稳定性分析和数值模拟，探讨了水饱和度对多孔介质蒸发驱动密度不稳定性的影响，并给出了预测不稳定性发生及其对盐浓度影响的判据。
2025-01-22 math.AP 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
Liquid-liquid displacement in slippery liquid-infused membranes (SLIMs)
受光滑的液体注入多孔表面（SLIPS）启发的液体注入膜最近已被引入膜技术。这些膜的门控机制预计会产生抗污染性能和多相传输能力。然而，尚未探索输注液体的长期保留。为了解决这个问题，我们研究了通过液-液置换孔隙率测定法（LLDP）实验结合微观观察的位移机制的输液液体在光滑的液体输液膜（SLIMs）的保留。我们的研究结果表明，孔隙将打开对应的毛细管压力，导致优先流动路径的水运输。LLDP结果进一步表明SLIM中存在液体内衬孔。利用界面孔隙流模型对这一假设进行了理论分析。研究发现，在多孔介质中，非混相驱替模式与毛细管指进相对应。利用多孔介质中两相流的相关物理理论，证实了SLIM的渗透机理。为了在实验上观察液-液置换，设计了一种模拟多孔介质的微流控芯片，观察到了一种高度分枝的结构，其中捕获了输注液体。剩余的注入液体以池、桥和薄膜的形式保留在芯片中的柱结构周围，这进一步证实了液体衬里。分形维数分析，随着流体（非润湿相）饱和度的评价，进一步证实，分形图案对应于毛细管指进，这是符合的侵入渗流与捕获（IPT）模型。
2018-04-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Capillary transport in low saturated sands: superfast non-linear diffusion model versus direct experimental observations
我们已经在一项初步研究中确定，在低饱和度下，通常小于可用空隙空间的10%，液体在砂质多孔材料中的扩散与在较高饱和度下的扩散相比具有非常明显的特征。特别是，它已被证明，在理论上，扩散是由一种特殊类型的扩散过程控制，其物理可以捕获的超快速扩散类的方程，这些发现是支持的第一类实验。在本文中，我们将这些发现带到了一个新的水平，包括对理论的更深入的研究和阐述，一组扩展的实验来解决缩放特性，以及对这些实验数据的预测性能的系统评估，同时还考虑到潜在的实际应用。
2018-12-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pore network modeling of the effects of viscosity ratio and pressure gradient on steady-state incompressible two-phase flow in porous media
我们用动态孔隙网络模型进行了6000多个稳态模拟，对应于粘度比和毛细管数的大跨度。从这些模拟，无量纲的数量，如相对渗透率，剩余饱和度，流度比和分数流计算。相对渗透率和残余饱和度显示出许多在其他实验和建模研究中观察到的相同的定性特征。然而，虽然其他研究发现，相对渗透率收敛到直线在高毛细管数，我们发现，这是不是这种情况下，粘度比是从1不同。我们的结论是，偏离直线发生时，流体混合，而不是形成解耦的流动通道。混合的另一个结果是，计算出的相对于饱和度绘制的分数流量曲线比其他情况下更接近对角线。在较低的毛细管数，分数流量曲线有一个经典的S形。还考虑了平均迁移率与其高毛细管数极限值的比率。这些值大致在0和1之间变化，尽管也观察到大于1的值。对于给定的饱和度和粘度比，流度并不总是随压力梯度单调增加。虽然增加压力梯度使更多的流体流动并激活更多的流动路径，但是当流动的流体更粘时，可能发生平均流动性的降低。
2019-11-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Intermittent two-phase flow in porous media: insights from pore-scale direct numerical simulation
Imperial College London（帝国理工学院）
研究通过孔尺度直接数值模拟揭示了多相流中间歇性现象，展示了压力重分布与非润湿相流动的强耦合，阐明了间歇性如何导致从线性到亚线性区域的转变。
2026-05-12 physics.flu-dyn
Phases saturation control on mixing driven reactions in 3D porous media
在不饱和多孔介质中的传输化学反应在一系列环境和工业应用中是相关的。连续介质尺度色散模型通常基于与饱和条件类比得出的等效参数，并且不能适当地解释诸如不完全混合的过程。目前还不清楚第三维如何控制不饱和条件下的混合和反应。我们利用磁共振成像（MRI）获得了3幅$D$实验图像，分别显示了相分布和传输化学反应的图像。在Péclet数（Pe）不变的情况下，研究了相饱和度对混合动力学和反应前沿的影响.通过测量反应产物的局部浓度，我们量化了时间分辨的有效反应速率（$R$）。我们描述的时间演化的$R$使用混合的层状理论，这解释了快于Fickian（$t^{0.5}$）的产品形成率占两个反应流体之间的混合界面的变形。对于给定的Pe，尽管反应性前沿的拉伸和折叠随着饱和度降低而增强，从而增强产物形成，但这随着饱和度增加而更大，即，音量控制。突破后，由于前沿后面的非混合体积较大，随着饱和度的降低，反应的熄灭需要更长的时间。这些结果是一个通用的模型，以更好地预测反应在不饱和多孔介质中传输的基础上，目前的连续范式无法实现。
2021-02-24 physics.flu-dyn
Surface permeability, capillary transport and the Laplace-Beltrami problem
我们以前已经建立，在一个导入研究中，在低饱和度的颗粒多孔介质中的液体的传播，其特点是小于10%的空隙空间，具有非常独特的功能相比，在较高的饱和度。特别是，我们发现，分散过程可以准确地描述了一类特殊的偏微分方程，超快非线性扩散方程。数学模拟的结果表明与实验观察非常吻合。然而，考虑到实际应用，模型的准确性和预测能力的任何增强都需要了解组成颗粒的有效表面渗透率，这定义了颗粒介质的全局宏观渗透率。在本文中，我们演示了如何通过Laplace-Beltrami Dirichlet问题的解来确定这个量，我们使用成熟的表面有限元方法来研究这个问题。
2018-08-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Gradient dynamics model for drops of volatile liquid on a porous substrate
针对强约束下多孔基底上挥发性部分润湿液滴的铺展问题，提出耦合蒸汽密度、液滴高度和多孔层饱和度分布的梯度动力学模型，揭示吸附等温线及液滴铺展、吸液与饱和度晕形成行为。
2024-07-31 physics.flu-dyn
Enhanced numerical models for two-component fluid flow in multiscale porous structures
Simulia R&D, Dassault Systèmes Americas Corp.（达索系统美洲公司 Simulia 研发部）
本研究提出增强的多尺度多组分流体流动模型，通过可控表面张力和张量电阻率模型提升界面动力学和异质结构解析度。
2025-12-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An efficient distribution method for nonlinear two-phase flow in highly heterogeneous multidimensional stochastic porous media
在多孔介质中的随机两相流的背景下，我们引入了一种新的和有效的方法来估计润湿饱和度场的概率分布在高度非均质的多孔系统中，其中流线图案是由渗透率的异质性，并为缓慢的驱替过程（粘度比接近统一）的不确定的岩石性质。我们的方法，被称为冻结流线分布法（FROST），是基于物理理解的随机问题。事实上，我们确定关键的随机场，指导润湿饱和度的变化，即流体颗粒的飞行时间和注射时间。通过比较饱和度统计对全物理蒙特卡罗模拟，我们说明了如何简单，但准确的冻结流线的初步近似下执行的FROST方法。此外，我们检查性能的加速霜变种，依赖于一个简化的注射时间统计。最后，我们介绍如何饱和分位数可以有效地计算在FROST框架内，从而导致强大的不确定性评估。
2017-08-19 physics.flu-dyn
Capillary rise and evaporation of a liquid in a corner between a plane and a cylinder: A model of imbibition into a nanofiber mat coating
用多孔涂层润湿表面与各种各样的技术应用相关，例如印刷技术和传热增强。在覆盖有多孔层的表面上的液体的吸入和蒸发负责在这样的表面上的液滴冲击冷却和流动沸腾期间的冷却效率的显著改善。到目前为止，还没有可靠的模型存在，这是能够预测的吸胀与蒸发耦合的多孔涂层表面上的动力学。在这项工作中，我们认为一个可能的机制上的吸液覆盖的基板上的一个吸湿垫。这是在平坦的基板和附着于其上的纤维之间形成的拐角处的毛细压力驱动的流动。液体占据的横截面的形状和面积以及毛细压力沿着流动方向变化。本文建立了一个考虑粘度、表面张力和蒸发作用的自吸蒸发过程的理论/数值模型。在过程开始时，吸胀长度与时间的平方根成比例，与卢卡斯-沃什伯恩定律一致。随着蒸发的影响变得显著，吸胀速率降低。将模型预测与实验数据进行比较，为吸水的水-乙醇混合物到涂层。
2020-03-05 physics.app-ph physics.flu-dyn
Effective Rheology of Two-phase Flow in Three-Dimensional Porous Media: Experiment and Simulation
本文对三维多孔介质中的不混溶两相流进行了实验和数值研究，得到了稳态时体积流量（$Q$）和总压差（$ΔP$）之间的关系。我们表明，在该制度中，毛细管力与粘性力竞争，毛细管屏障的分布在接口有效地创建一个屈服阈值，使流体想起宾汉粘塑性流体在多孔介质中，引入阈值压力$P_t$。在这种情况下，$Q$二次依赖于过量压降（$ΔP-P_t$）。当流量增加时，存在一个转变，超过这个转变，流动为牛顿流体，且与流量成线性关系。在我们的实验中，我们建立了一个模型多孔介质使用一列玻璃珠传输两种流体-去离子水和空气。对于数值研究，重建的三维孔隙网络从真正的岩心样品被认为是通过网络的润湿和非润湿流体的运输建模跟踪流体界面随时间的推移。我们发现我们的数值和实验结果之间的协议。我们的结果与之前报道的平均场结果相匹配。
2016-12-19 physics.flu-dyn
Modeling Multiphase Flow Through and Around Multiscale Deformable Porous Materials
深入了解多孔介质中流体流动与固体变形之间的耦合关系，对于开发与广泛的地质和生物过程相关的生物医学设备和新能源技术至关重要。基于孔隙弹性理论的成熟模型存在用于描述耦合的流体-固体力学。然而，这些模型不适合描述多个流体相或“混合规模”的系统包含无固体区域和多孔基质的系统。为了解决这个问题，我们提出了一种新的计算流体动力学方法的基础上，一套独特的体积平均偏微分方程，渐近方法的Navier-Stokes流体体积方程在无固体区域和Biot的多孔弹性理论在多孔区域。与现有的多尺度多相求解器不同，它可以在孔隙和达西尺度上匹配毛细管，相对渗透率和重力效应的分析预测。通过仔细考虑界面动力学和广泛的基准测试，我们表明，我们的模型准确地捕捉到了强烈的双向耦合，经常表现出多种流体和可变形多孔介质之间的过程中，如膨胀，压缩和压裂。该方法的多功能性通过以下研究来说明：1）量化了微孔隙度对沉积岩渗透率的影响，2）确定了预测多孔介质中毛细管和粘性压裂的无量纲参数，3）表征了水力压裂裂缝形成的影响，以及4）描述了多孔弹性海岸屏障中的波吸收和传播。该方法的开源数值实现“hybridBiotInterFoam”，标志着计算流体动力学模拟包扩展到可变形，多相，多尺度多孔系统。
2021-09-20 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
A simulation approach including under-resolved scales for multi-component fluid flows in multi-scale porous structures
Dassault Systémes（达索系统）
本研究提出了一种包含未解析尺度的模拟方法，用于准确模拟多尺度多孔结构中多组分流体的流动，通过预计算物理性质和局部流体力建模，实现了高精度的模拟结果。
2025-11-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Time-dependent invasion laws for a liquid-liquid displacement system
本研究利用Onsager变分原理建立模型，研究倾斜管中液-液驱替的毛细管渗吸，发现不同于Lucas-Washburn型的时间依赖侵入规律，模型与实验吻合良好，为微流控及多孔介质多相流宏观描述提供参考。
2024-03-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
