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
Effects of fluid rheology and geometric disorder on the enhanced resistance of viscoelastic flows through porous media
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University(冲绳科学技术大学院大学)
研究通过微流体柱阵列中两种不同流变学的粘弹性流体的压降和流速测量,探讨流变学和几何杂乱对多孔介质中粘弹性流体增强阻力的影响,发现对齐阵列中几何杂乱增加阻力增强,而错位阵列则不受影响。
2026-03-21 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
A comprehensive Darcy-type law for viscoplastic fluids: II. Rheology & topology
James Weir Fluid Laboratory, Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of Strathclyde(斯特拉斯克莱德大学机械与航空航天工程系詹姆斯·威尔流体实验室)
扩展框架推导粘塑性流体渗流达西型定律,考虑更现实流变模型与多孔介质拓扑,改进原工作,给出统一理论基础以预测复杂多孔介质中屈服应力流体输运。
2026-09-18 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
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
An experimental study on the heat transport in porous media convection
Southern University of Science and Technology(南方科技大学)
通过3D打印晶格结构实验,研究多孔介质对流在宽Rayleigh-Darcy数和Darcy数范围内的热输运,揭示从Rayleigh-Darcy行为到Rayleigh-Bénard行为的五个过渡阶段,并绘制Ra-Da相图。
2026-06-04 physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
A mathematical Study of Magnetohydrodynamic Casson Fluid via Special Functions with Heat and Mass Transfer embedded in Porous Plate
本文主要研究了磁流体动力学Casson流体在多孔介质中的传热传质效应。在有无横向磁场、磁导率和孔隙率的情况下,求出了温度分布、质量浓度和速度分布的广义解。相应的温度分布、质量浓度分布和速度分布分别用新定义的广义Robotnov-Hartley函数、Wright函数和Mittage-Leffler函数表示。所有相应的解也满足必要条件(初始条件、自然条件和边界条件)。卡普托分数解已通过代入λ =1而转化为普通解。在此基础上,给出了温度分布、质量浓度分布和速度分布的近似解。由于问题的流变性,通过使用Mathcad软件(15)描绘图形,详细讨论了不同参数的图形说明。
2017-06-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The flow of power law fluids in elastic networks and porous media
采用基于残差的孔隙尺度网络模型方法,研究了幂律流体(包括剪切变稀和剪切变稠流体,以及牛顿流体作为特例)在弹性管网络中的流动。在推导这些公式时考虑了描述弹性可膨胀管中局部压力与局部横截面积之间的力学相互作用的两个关系。该模型可用于描述主要为粘性性质的剪切相关流动。在一些特殊和限制的情况下,可以定量或定性地验证结果的几个测试所提出的模型的行为是证明。该模型是同类模型中的第一个,它包含了一个以上的主要非线性对应的流体流变学和管道的机械性能,即非牛顿效应和管膨胀。该模型的建立、实现和性能表明,与现有模型相比,该模型具有在约束假设范围内精确、易于实现、计算量小、可靠性高和收敛平稳等优点。因此,所提出的模型可以用作现有的牛顿可膨胀模型的替代方案;此外,它扩展了现有建模方法的能力,以达到非牛顿流变学。
2014-05-24 physics.flu-dyn
Polymer extension at stagnation points governs flow thickening of polymer solutions in ordered porous media
Princeton University(普林斯顿大学);Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University(冲绳科学技术大学院大学);California Institute of Technology(加州理工学院)
通过建立模型和实验验证,发现有序多孔介质中流动增稠主要由驻点处聚合物延伸控制,而非无序介质中的非稳态流动波动。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.CD
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
Influence of fluid rheology on multistability in the unstable flow of polymer solutions through pore constriction arrays
本文通过实验研究流体流变学对孔隙收缩阵列中弹性流动不稳定多稳态的影响,提出用流向德博拉数这一单一无量纲参数描述多稳态起始,为聚合物流体设计提供指导。
2024-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.CD
Influence of the imposed flow rate boundary condition on the flow of Bingham fluid in porous media
本文研究施加流速边界条件下宾汉流体在多孔介质中的流动,发现流动路径边界层尺度随流速呈幂律变化,并通过有向聚合物映射揭示了其粗糙度指数及非流动表面的雪崩统计特性。
2024-01-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheology of mobile sediment beds sheared by viscous, pressure-driven flows
我们提出了一个详细的比较剪切沉积物床的流变行为的压力驱动,直通道配置的基础上产生的数据,通过完全耦合,颗粒分辨直接数值模拟和实验测量reviously出版的Aussillous { \it等人}。(J.流体机械:第736卷,2013年,pp. 594-615)。高分辨率的模拟数据允许计算悬浮液在流向和垂直方向上的应力平衡以及流体和颗粒相之间的应力交换,这是推断流变学所需的信息,但迄今为止在实验中无法获得。应用这一知识的实验和数值数据,我们得到的纵向稳定,深度分辨的相关流变量的配置文件。流变量,如剪切粘度和法向粘度和有效摩擦系数的缩放行为进行检查和比较,来自流变实验和广泛使用的流变相关性的数据。我们表明,流变性能,以前已经推断出的环形Couette型剪切流中性浮力颗粒仍然持有我们的设置的沉积物输运在Poietille流和密集的制度,我们发现很好的协议与经验关系从中得出。将总应力从颗粒接触和流体动力学细分为多个部分,表明临界颗粒体积分数为0.3,以将致密区与稀区分开。在稀释状态下,即,在输沙层,多孔介质屏蔽了长程水动力相互作用,有效粘性服从爱因斯坦关系。
2021-03-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Fully Coupled Implicit Hydro-Mechanical Multiphase Flow Simulation in Deformable Porous Media Using DEM
针对传统耦合离散元法在多相流模拟中压力预测不准、效率低的问题,提出结合隐式有限体积法、压力-体积迭代与流锋自适应步长的双向耦合DEM模型,经基准实验验证,可从颗粒尺度揭示多相流微观机制。
2025-07-31 physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
On the spatial convergence and transient behaviour of lattice Boltzmann methods for modelling fluids with yield stress
本文研究了屈服应力(即粘塑性)流体的两种格子玻尔兹曼方法公式的性能。第一种方法是基于流行的Papanastasiou正则化的流体流变学与明确修改的晶格玻尔兹曼弛豫速率。第二种方法使用局部隐式公式同时求解流体应力和底层粒子分布函数。在研究了与晶格对称性和非流体动力学Burnett应力有关的问题后,比较了这两种模型的空间收敛性及其在瞬态和惯性流中的行为。晶格的选择和伯内特应力的存在被发现影响这两个模型的结果,但后者并没有显着降低速度场。使用管道和合成多孔介质中的宾汉流动,发现隐式正则化模型在捕获瞬态和惯性流体行为方面更优越。这一结果提出了潜在的影响,在这种情况下的Papanastasiou正则化模型的应用。在蠕动流中,两种模型的性能被认为是相似的和令人满意的。
2016-10-05 nlin.CG physics.flu-dyn
Simulating the swimming motion of a flagellated bacterium in a microstructured bio-fluid
Sandia National Laboratories(桑迪亚国家实验室);Cornell University(康奈尔大学)
本文提出一种数值框架,用于模拟具有球形头部的鞭毛细菌在如黏液等生物流体中的运动,通过两流体模型和细长体理论分析鞭毛对流体的驱动作用,提高计算效率。
2026-03-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A dual--continuum phase-field model for hydraulic fracturing: Viscosity-dominated regime and fluid lag
Technical University of Leoben(莱奥本科技大学)
研究针对现有相场模型在粘性主导 regime 下无法捕捉流体滞后等问题,提出基于双孔隙微孔隙力学的双连续体相场模型,能分离中尺度裂纹压力与微孔隙压力,准确捕捉复杂流体流动行为。
2026-07-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lagrangian Heterogeneous Multiscale Method (LHMM) for Simulating Polymer Solutions/Melts Behavior under Complex Flows using DPD-SPH
Basque Center for Applied Mathematics (BCAM)(巴斯克应用数学中心);IKERBASQUE, Basque Foundation for Science(伊克尔巴斯基克科学基金会);Swansea University(斯旺西大学)
LHMM通过耦合DPD与SPH模拟复杂流场中聚合物熔体的非牛顿流变学,提供粘弹性响应的多尺度预测工具。
2025-12-18 physics.app-ph physics.flu-dyn