多孔系统中排水锋的行为

部分湿润多孔介质粘滞饱和区动力学研究

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摘要

多孔介质排水是一种典型的多相流体流动过程，在自然界和工业应用中都具有重要意义。在非饱和土和一般多孔介质的排水过程中，液相完全占据固体颗粒之间的孔隙空间的饱和区域或簇会影响系统的相对渗透率和有效应力。在这里，我们实验研究了非饱和颗粒介质的排水过程作为一个模型多孔系统。通过光学成像分析了不同排水条件下饱和簇的分布，利用Voronoi和Delaunay镶嵌的孔隙尺度信息表征了饱和簇分布的拓扑结构。采用统计分析方法，描述了颗粒介质中多相流和流体圈闭的时空演化过程。结果表明，结晶细胞大小和孔隙大小的分布与饱和团簇大小的时空分布呈正相关。饱和簇大小服从对数正态分布，其中广义Bond数(Bo∗">Bo∗Bo∗)与比例参数(μ)，并与形状参数(σ)．通过进一步考虑基于液-空气界面获得的总表面能，我们能够在使用饱和度和广义键数的非饱和土本构建模中包含额外的粒度信息。这些发现可用于将孔隙尺度行为与颗粒系统的整体水力学特征联系起来。