用于模拟三维非均质多孔介质实验结果的模型层级

本工作中，我们考察了保守示踪剂（溴化物和荧光素）在一个实验构建的三维双孔隙多孔介质中的弥散。该介质高度非均质（$\sigma_Y^2=5.7$），由嵌入高导水率基质中的球形低导水率包体组成。双峰介质先用示踪剂饱和，再以无示踪剂流体冲洗，同时测量出流穿透曲线。本工作的重点是考察四个复杂度递减的模型（无可调参数）的层级，以评估其准确表征所测穿透曲线的能力。信息最丰富的模型是（1）系统的直接数值模拟，其中几何、边界与初始条件以及介质性质均以高保真度独立实验表征。简化模型包括：（2）与全分辨率直接数值模拟（DNS）模型相同但使用十分之一尺寸区域的简化数值模型；（3）允许时变质量传递系数的上尺度流动-滞留模型；以及（4）假设时空恒定质量传递系数的上尺度流动-滞留模型。结果表明，按全局 RMS 误差衡量，所有四个模型均对实验穿透曲线给出了准确表征。上尺度模型中引入的主要误差似乎源于忽略包体内的对流。有趣的是，这些结果表明，传统对流-弥散方程在以分辨非均质性的方式应用时，可在无需强加更复杂非菲克模型的情况下产生高保真度模型。