孔隙介质复杂流体蒸发的孔隙网络模型

在孔隙介质中进行 sol-gel 过渡的流体干燥过程——这一过程对于文化遗产受损孔隙结构的固化至关重要——常常导致表面形成皮肤现象。该现象显著阻碍蒸发，但其对干燥动力学的精确影响仍知之甚少。为揭示支配机制，我们开发了一种新型孔隙网络模型，旨在逼近准二维实验孔隙介质，纳入孔径分布随空间梯度变化的特征——即在蒸发侧近处的孔径较小。我们表明，这种孔径分布决定了空气侵入路径，并延长了牛顿流体干燥的恒定速率阶段，成功再现了水的实验干燥曲线。我们进一步扩展模型，以捕捉毛细作用驱动的液体流动、空间依赖粘度增长以及局部皮肤形成之间的相互作用。为纳入皮肤形成，我们实现了基于实验数据中蒸发诱导的 sol-gel 过渡规则——该规则从毛管管内的实验数据推导而来。我们识别出一条简单关系：一旦毛细杆的流体粘度超过临界阈值，蒸汽压力即开始下降。通过考虑局部皮肤形成导致高粘度喉部蒸发压力降低的效应，我们的模型成功捕捉了干燥动力学减缓的现象，与实验干燥曲线实现了显著吻合。