结构诱导涡旋控制多孔介质中的反常弥散
流体动力学
2021-12-24 v1 软凝聚态物质
摘要
天然多孔系统，如土壤、膜和生物组织，由与渗流通道网络相连的死端孔隙所构成的无序结构组成。颗粒、溶质和微生物从此类结构中的释放与弥散，是土壤修复、药物递送和过滤等广泛环境与医学应用的关键。然而，此类无序系统中微观结构与流动对颗粒和溶质弥散的作用迄今仅被甚少理解，部分原因在于这些微观系统的滞留与不透明特性。在此，我们使用具有死端孔隙特征的微流控模型系统，以确定颗粒如何被传输、滞留和弥散。我们观察到介质出口处到达时间分布的强拖尾现象，其特征为指数为 2/3 的幂律衰减。借助数值模拟与解析模型，我们将此行为关联到最初位于死端孔隙内的颗粒，并以死端孔隙内涡旋中沿流线的跳跃与滚动机制解释该拖尾指数。这些动力学由一个随机模型量化，该模型预测到达时间的完整演化。我们的结果展示了微观流动结构如何影响宏观颗粒传输。
引用
@article{arxiv.2112.12492,
title = {Structure induced vortices control anomalous dispersion in porous media},
author = {Ankur Deep Bordoloi and David Scheidweiler and Marco Dentz and Mohammed Bouabdellaoui and Marco Abbarchi and Pietro de Anna},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.12492},
year = {2021}
}