用于研究多相流动力学和孔隙网络中流动不稳定性的 4D 同步 X 射线多投影成像技术
流体动力学
2026-03-17 v1
摘要
流动不稳定性（如孔隙介质中的 Haines 跳跃）是发生于亚秒时间尺度上的常见现象。X 射线特别适用于探讨这些过程，因为它们提供了对网络结构以及孔隙介质中液体分布的非破坏性三维洞察。在四维（三个空间维度加上时间）中研究渗入事件本构上具有挑战性，因为常规断层扫描需要快速旋转样品，这会产生显著的离心力而改变流动。本文展示了使用同步 X 射线多投影成像（XMPI）在无需高速旋转的情况下，以 1.3 μm 的有效像素尺寸和 50 Hz 的时间分辨率捕获孔隙网络中四维流动。这使得能够同时在空间和时间内观察不可重复的孔尺度事件，这是经典 X 射线断层扫描技术无法实现的。我们将结果与在相同几何形状上进行的 Shan-Chen 多相 Lattice Boltzmann 模拟进行比较，发现两者在填充序列和时间尺度方面既有定性一致之处，也有系统性差异。这些差异揭示了当前模拟方法在表示接触线动力学和实际边界条件方面的关键局限性，而 XMPI 可直接克服这些局限。通过实现对不透明孔隙介质中流动不稳定性的高分辨率实时成像，同步 XMPI 提供了一个独特的平台，弥合了孔尺度实验与模拟之间的鸿沟。
引用
@article{arxiv.2603.15319,
title = {4D Synchrotron X-Ray Multi Projection Imaging (XMPI) for studying multiphase flow dynamics and flow instabilities in porous networks},
author = {Patrick Wegele and Zisheng Yao and Jonas Tejbo and Julia K. Rogalinski and Zhe Hu and Yuhe Zhang and Erfan Oliaei and Saeed Davoodi and Alexander Groetsch and Kim Nygård and Eleni Myrto Asimakopoulou and Tomas Rosén and Pablo Villanueva-Perez and L. Daniel Söderberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.15319},
year = {2026}
}
备注
30 pages, 14 figures