溶質運移中多孔介質彌散度影響因素的SPH模擬研究
作者：饒登宇; 白冰 北京交通大學土木建筑工程學院; 北京100044
摘要：借助光滑粒子流體動力學(SPH)方法,本文從流體質點運動和溶質擴散的物理本質出發,設計并進行孔隙尺度下多孔介質中溶質運移的仿真實驗,進而分析多孔介質彌散度影響因素,并討論彌散度與多孔介質結構參數的關系。通過離散化N-S方程和Fick擴散方程,建立描述孔隙水流動的SPH水動力模型和描述溶質分子擴散的擴散模型,求解出在低Pe數下對流擴散方程的一維定解問題,檢驗了模型的準確性。在高Pe數流場中,進行了恒定流速的黏性流體穿透多孔介質薄層的仿真實驗,計算結果可準確模擬出過水斷面上各流體質點的流速差異、流體質點在多孔介質中的彌散過程以及流體質點的迂曲繞流過程;通過建立三段理想化的孔隙通道模型,發現在迂曲路徑相同時,速度差對機械彌散度仍有顯著影響。最后,為探究彌散度與多孔介質結構參數的關系,生成了多組隨機粒徑的二維多孔介質進行溶質穿透仿真實驗。計算結果表明,彌散度與流速變異系數、迂曲度、迂曲路徑差以及不均勻系數大致呈正相關,與孔隙率呈負相關。
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