孔隙尺度无序如何控制多孔介质中的流体拉伸
流体动力学
2026-04-06 v1
摘要
多孔介质中的流体拉伸控制着反应物、污染物和营养物的混合，但固体微观结构如何控制拉伸统计仍了解甚少。我们通过（i）在 3D 打印的毫米流体细胞中进行粒子追踪测速实验，（ii）对测量流场中的溶质羽流变形进行数值模拟，以及（iii）流体拉伸的分析计算，研究了多孔介质非均质性如何控制拉伸。细胞包含圆柱棒阵列，其无序程度系统性地从有序到随机变化。速度和剪切率测量表明，对于所有无序水平，流体变形在固体边界附近高度局域化，表明近壁流动是拉伸的主要驱动力。平均拉伸在有序介质中随时间线性增长，在无序介质中随时间二次增长，而拉伸分布近似对数正态。我们分析了绕孤立圆柱流动产生的拉伸，并将其嵌入一个随机游走模型中，该模型重现了随机介质中观察到的拉伸统计。这些结果首次定量揭示了多孔介质结构与流体拉伸统计之间的联系，阐明了无序介质相对于有序介质加速混合的程度，并推动了超越二维介质中拉伸的常见平均场描述——即简单剪切流。
引用
@article{arxiv.2604.02981,
title = {How pore-scale disorder controls fluid stretching in porous media},
author = {J. Kevin Pierce and Tanguy Le Borgne and Francois Renard and Gaute Linga},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.02981},
year = {2026}
}