多相间歇流经多孔介质：来自孔径尺度直接数值模拟的洞察

最近的X射线成像实验揭示了多相流通过多孔介质时，即使在宏观稳态条件下（其中毛细力在孔径尺度占主导地位），局部占用率也存在瞬态波动。为考察间歇性在孔径尺度的表现，我们对通过基于 micro-CT 获取的 Bentheimer 砂岩几何进行不可移动的两相流进行直接数值有限体积模拟（DNS），在 Darcy 和间歇流 regime 中考察毛细数。我们展示，间歇性断开和重连伴随强耦合的局部压力重新分配和非湿相流。这一行为与 Darcy 流 regime 形成对比，后者中相体主要保持在固定通道中。宏观上，计算得到的压力梯度-毛细数关系（$\nabla P$-Ca）恢复了线性 Darcy 和亚线性间歇尺度 regime，与以前的实验测量一致。我们表明，间歇性的增加导致从线性向亚线性 regime 的转变。通过基于拓扑感知的脱水检测，我们表明间歇性的空间范围随毛细数增加而增大。谱分析、局部几何分析和网络连通性分析进一步提供证据表明，间歇性元素组织为嵌入在固定流通道稳定主干中的连通导管：间歇性是一种网络耦合而非纯局部过程。该工作表征了间歇性在孔径尺度的表现，描述为由局部压力波动触发的排气和吸水位移的周期序列，其宏观后果是改善流体相的整体流动性。