浮力驱动多孔混合中的普适输运定律

多孔介质中的浮力驱动对流控制着广泛自然和工程系统中的热量与质量输运，从地下水含水层和地热储层到地质构造中的碳封存以及行星内部的流动。然而瞬态阶段——在此阶段指进流出现且输运显著增强——仍主要通过经验标度律描述，限制了跨条件的预测能力。本文表明，瞬态多孔浮力驱动混合服从精确的时变平衡，这些平衡耦合了输运、流动强度和标量耗散。当限制在活跃混合层时，这些平衡保持准确，揭示了基本动力学局域在一个有限区域内。利用这些结果，我们推导了平均标量场的最小单参数封闭理论。所提出的理论预测了自相似平均剖面、普适二阶统计量以及无需逐案调节的线性输运定律。空间分辨率高达$2048\times2048\times16384$点的直接数值模拟验证了这些预测。我们的结果将瞬态多孔混合置于可预测的基础上，展示了宏观输运定律如何从精确平衡和自相似动力学中涌现，并为多孔介质中的浮力驱动输运提供了一个通用框架。