孔隙尺度下的混沌平流：机制、升尺度及其对宏观输运的启示

饱和多孔介质中溶质羽流的宏观扩散与混合最终由孔隙尺度上的过程控制。尽管孔隙尺度机械弥散与分子扩散导致持久水动力弥散的传统图景已被广泛接受，这一范式本质上为二维（2D）性质，忽略了重要的三维（3D）现象。我们讨论了孔隙尺度稳态三维流的运动学如何产生混沌平流，涉及流体单元的指数拉伸与折叠，其产生机制以及微观混沌对宏观弥散与混合的启示。由于拓扑约束，这些现象在稳态二维流中被禁止，但因所有三维多孔介质固有的拓扑复杂性而普遍存在。因此，三维多孔介质流产生了与二维流截然不同的流体变形与混合过程。混沌平流与宽泛渡越时间分布之间的相互作用可纳入连续时间随机游走（CTRW）框架，以预测宏观溶质混合与扩散。我们展示了如何通过流体变形的CTRW模型将这些结果推广至真实多孔结构，从而得到宏观弥散与混合的随机模型，这些模型既尊重孔隙尺度运动学，又直接以孔隙尺度层析成像为条件。