Mechanisms of Dispersion in a Porous Medium
本文研究了$3$维多孔介质中层流的弥散机制。我们专注于前渐近运输之前的渐近流体动力学分散制度，其中溶质运动可以描述的平均流速和流体动力学分散系数。高性能的数值流动和输运模拟溶质突破在出口处的砂状多孔介质的证据显着偏离流体动力学分散范例，并确定两个不同的制度。第一个政权的特点是由一个广泛的分布在单个孔隙中的平流停留时间。第二个区域的特点是扩散传质进入低速区的溶质颗粒尾流。这些机制被系统地量化的时域随机游走的框架中的运动的被标记的元素（颗粒）的运输的材料量。该模型是参数化的多孔介质的特性考虑和捕获两个前渐近制度。宏观输运由溶质浓度的积分-微分方程描述，其记忆核由平均孔隙速度和捕获时间的分布给出。这种方法量化的物理非平衡所造成的广泛分布的传质时间尺度，对流和扩散，对代表性的基本体积（REV）。因此，虽然REV表示介质性质（如孔隙度）可以唯一定义的尺度，但这并不意味着输运可以通过流体动力学弥散来表征。
2018-03-02 physics.flu-dyn
Bistability in the Unstable Flow of Polymer Solutions Through Porous Media
聚合物溶液通常被注入多孔介质中，用于诸如采油和地下水修复的应用。当流体通过曲折的孔隙空间时，弹性应力增加，导致流动在足够大的注入速率下变得不稳定。然而，人们对这种不稳定流动的空间和时间特征如何取决于孔隙空间几何形状知之甚少。我们阐明这种依赖性，通过系统地改变模型多孔介质中的孔隙收缩之间的间距。我们发现，当孔隙间距是大的，不稳定的漩涡形成上游的每个孔，类似于一个孤立的孔的观察。相比之下，当孔隙间距足够小时，流动表现出令人惊讶的双稳态，在两个不同的不稳定流动状态之间随机切换。我们推测，这种不寻常的行为产生的流动诱导的聚合物伸长和松弛的聚合物之间的相互作用，因为它们是平流通过多孔介质。与这个想法一致，我们发现，在一个给定的孔隙中的流动状态持续很长时间。此外，我们发现相邻孔隙之间的流动状态是相关的，但是，这些相关性不持久的长期。因此，我们的研究结果有助于阐明丰富的阵列的流动行为，可以出现在聚合物溶液流动通过多孔介质。
2020-02-05 cond-mat.dis-nn 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
Pore-Scale Flow Characterization of Polymer Solutions in Microfluidic Porous Media
本文综述微流控方法如何在高 Wi、低 Re 下揭示多孔介质中聚合物溶液的孔隙尺度弹性流动、不稳定性及其对非水相流体采出的影响。
2019-09-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Harnessing elastic instabilities for enhanced mixing and reaction kinetics in porous media
Princeton University（普林斯顿大学）
通过添加柔性聚合物引发弹性不稳定性，有效增强多孔介质中溶质混合与反应动力学，实现混合效率提升和反应速率增强。
2023-11-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft nlin.CD
Enhanced and reduced solute transport and flow strength in salt finger convection in porous media
本研究基于格子玻尔兹曼方法数值模拟多孔介质非达西流态下的盐指对流，发现孔隙率减小会先增强后减弱溶质输运，并对流动强度产生复杂影响，为工程中被动控制溶质输运提供了重要参考。
2023-04-08 physics.flu-dyn
A double-continuum transport model for segregated porous media: derivation and sensitivity analysis-driven calibration
提出并推导了一个基于孔隙尺度特征的双连续介质输运模型。我们的方法依赖于建立一个简化的单元格组成的固定和移动连续。我们采用数值解析的孔隙尺度速度分布来表征每个连续体的体积，并定义移动连续体中的速度分布。使用简化的单胞，我们推导出一个封闭的形式模型，其中包括两个有效的参数，需要估计：一个特征长度尺度和等待时间RD的比例，集总的停滞区和逃逸过程的影响。为了校准和验证我们的模型，我们依赖于一组孔隙尺度的数值模拟进行的二维无序隔离周期性多孔介质考虑不同的初始溶质分布。使用全局灵敏度分析，我们探索的两个有效的参数对溶质浓度分布的影响，从而定义一个灵敏度分析驱动的标准模型校准。后者相比，一个经典的校准方法。研究结果表明，在不同的初始条件下，流动连续体和非流动连续体之间的质量交换过程对溶质剖面形状有显著的影响。通过引入参数RD，我们得到一个灵活的传输模型能够解释对称和高度偏斜的溶质浓度分布。我们表明，这两个参数的校准的有效性密切依赖于校准数据集的信息内容和所选择的目标函数，其定义可以支持的模型灵敏度分析的实施。通过依赖于灵敏度分析驱动的校准，我们能够提供一个很好的解释的浓度分布演变独立于给定的初始条件依赖于一组独特的有效参数值。
2019-01-30 physics.flu-dyn
Interplay between adsorption and hydrodynamics in nanochannels: towards tunable membranes
我们研究了近临界二元混合物在纳米孔中的吸附如何通过孔内的流动来修改。我们确定了三种类型的稳定状态后的变化的孔Péclet数（${\rm Pe}_p$），这可以通过施加外部压力可逆地访问。有趣的是，对于小的${\rm Pe}_p$，孔充当分离混合物的弱选择性膜。对于中间体${\rm Pe}_p$，流动有效地转移了孔中的吸附，从而打开了通过孔的增强和可调溶质输送的可能性。对于大的${\rm Pe}_p$，吸附在孔内逐渐减少，伴随着远离孔的混合物的长范围分散。
2016-11-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Towards the understanding of convective dissolution in confined porous media: thin bead pack experiments, two-dimensional direct numerical simulations and physical models
本文通过薄珠床实验、二维直接数值模拟和物理模型，研究均质多孔介质中由 Rayleigh-Taylor 不稳定性驱动的对流溶解过程，揭示混合长度线性增长、三种混合状态及由扩散尺度、孔隙尺寸和区域高度控制的自相似演化规律。
2024-08-01 physics.flu-dyn
Colloid recovery from porous structures under ambient flow: enhanced extraction via phoretic and osmotic mechanisms
Indian Institute of Technology Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
研究环境流动下多孔结构中胶体的回收，通过有限元模拟表征溶质梯度方向（溶质流出和溶质流入模式）对电泳和渗透胶体提取的影响，揭示不同模式下胶体提取行为及扩散渗透滑移增强作用，为相关领域提供指导。
2026-10-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Structure induced vortices control anomalous dispersion in porous media
天然多孔系统，如土壤、膜和生物组织，包括无序结构，其特征在于连接到膨胀通道网络的死端孔。颗粒、溶质和微生物从这些特征的释放和分散对于广泛的环境和医学应用（包括土壤修复、药物递送和过滤）是关键的。然而，在这种无序系统中，微观结构和流动对颗粒和溶质分散的作用仅知之甚少，部分原因是这些微观系统的停滞和不透明性质。在这里，我们使用一个微流体模型系统，其特征在于由死端的孔结构，以确定颗粒是如何运输，保留和分散。我们观察到强大的拖尾的到达时间分布在出口处的介质，其特征在于幂律衰减的指数为2/3。使用数值模拟和分析模型，我们将这种行为链接到最初位于死端孔内的颗粒，并解释拖尾指数与死端孔内的旋涡内的流线的跳跃和滚动机制。这些动态被量化的随机模型，预测到达时间的全面演变。我们的研究结果表明，微观流动结构可以影响宏观粒子输运。
2021-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Direct measurement of the critical pore size in a model membrane
我们研究了一个模型膜系统，一个独立的聚合物膜孔成核。小于临界尺寸的成核孔关闭，而大于临界尺寸的孔生长。有目的地在液体聚合物膜中制备不同尺寸的孔，并使用光学和原子力显微镜监测它们随时间的演变以提取临界半径。对于均聚物膜，临界半径与膜厚度成线性比例。结果同意一个简单的模型，该模型考虑到由于在孔隙的边缘处的表面积的能量成本。在孔的边缘处的能量成本通过使用层状形成的二嵌段共聚物膜实验地变化。潜在的分子结构导致孔边缘处的挫折增加，从而导致孔形成的成本增加。
2016-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Solute mixing in porous media with dispersion and buoyancy
本文通过数值模拟分析二维多孔介质中瑞利-泰勒对流混合，研究弥散对混合动力学的影响，发现无弥散时自相似，有弥散时分子与弥散耗散相互作用，并提出理论框架以改进弥散模型。
2025-09-09 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Control of axial dispersion in polymeric flows: magnetic effect versus electroosmotic effect
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Shandong University（山东大学）
本研究通过解析和广义分散模型，对比磁效应与电渗效应，揭示聚合物微管流中轴向分散的控制机制，识别三种流动状态并发现非单调临界响应，为微流体混合分离提供新范式。
2026-09-16 physics.flu-dyn
3D Pore-Scale Mixing Interface Evolution
本研究提出单一抛物线层状体模型（SPLM），基于孔隙尺度模拟捕捉多孔介质中混合界面的时空演化，并划分Péclet数与时间区间，为宏观反应输运模型纳入混合限制奠定基础。
2024-10-31 physics.flu-dyn
Experimental investigations on geometry modulated solute mixing in viscoelastic media
本研究结合实验、数值模拟与 MATLAB 图像分析，考察立体光刻制备的几何改性微通道中聚合物溶液混合，揭示惯性—弹性不稳定性及其对被动式微混合器设计的意义。
2022-11-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evaluation of gas permeability in porous separators for polymer electrolyte fuel cells: CFD simulation based on micro X-ray computed tomography images
本文对聚合物电解质燃料电池多孔隔板的孔结构和气体传输特性进行了实验和模拟研究。在实验中，两个多孔样品，一个常规的样品和一个具有低电阻率的气体渗透率，通过毛细管流动孔隙率仪测量，并与压汞法的孔径分布进行了评估。用微X射线计算机断层成像（CT）直接观察局部孔隙结构。在模拟中，氧气的有效扩散系数和空气渗透率在多孔样品分别使用随机游走蒙特卡罗模拟和计算流体动力学（CFD）模拟，基于X射线CT图像计算。计算的多孔样品的孔隙率和空气渗透率与实验值吻合得很好。模拟结果还表明，在常规样品中，面内磁导率是通过面磁导率的两倍，而在低电阻率样品中，面内磁导率略高。研究结果表明，基于微X射线CT图像的CFD模拟可以评估各向异性多孔介质中的各向异性气体渗透率。
2021-06-22 physics.flu-dyn
Poroelasticity of (bio)polymer networks during compression: theory and experiment
软活组织如软骨可被认为是由纤维状复杂生物聚合物网络和粘性背景液体组成的双相材料。在这里，我们通过实验和理论分析相结合，表明（生物）聚合物网络的水力渗透率和弹性性能可以用简单的斜坡压缩实验在商业流变仪中确定。在我们的近似封闭形式的解决方案的多孔弹性运动方程，我们发现在压缩过程中的法向力响应作为网络应力和流体压力的组合。选择纤维蛋白作为生物聚合物模型系统与可控的孔径，测量的全时间依赖性的法向力在压缩过程中被发现是在良好的协议与理论计算。推断的大孔（$\mathrm{μm}$）纤维蛋白网络的弹性响应取决于应变率，这表明网络弹性和流体流动之间存在很强的相互作用。现象学扩展到非线性弹性制度的计算法向力，我们发现应变硬化的小孔（子$\mathrm{μm}$）纤维蛋白网络发生在一个开始的平均切向应力在凝胶板界面，取决于聚合物浓度的幂律方式。推断的小孔纤维蛋白网络的渗透性与纤维蛋白浓度成反比，这意味着用微观立方晶格模型，纤维蛋白纤维的厚度随蛋白质浓度降低。该理论模型为通过简单的压缩实验获得生物聚合物网络和水凝胶的渗透率和弹性性质提供了一种新的方法，为研究动态压缩过程中生物聚合物网络中流体流动与弹性之间的关系奠定了基础。
2019-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
