環(huán)境土體具有組構(gòu)高度復(fù)雜、性態(tài)動(dòng)態(tài)多變的特征。而傳統(tǒng)理論依賴本構(gòu)模型和達(dá)西定律描述特定條件范圍土體力學(xué)行為和低速滲流問題，難以準(zhǔn)確反映實(shí)際復(fù)雜貯存環(huán)境下土體劇烈演化性態(tài)和非線性流動(dòng)。因此，構(gòu)建能夠精確描述土體力學(xué)特性和傳輸行為的理論體系是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員薛強(qiáng)團(tuán)隊(duì)基于環(huán)境土界面力學(xué)理論，從決定土體宏觀性態(tài)的微細(xì)觀界面力學(xué)機(jī)制出發(fā)，針對(duì)環(huán)境土“氣-液-固”界面作用機(jī)制復(fù)雜、缺乏準(zhǔn)確理論描述等問題，提出了基于微觀連續(xù)體動(dòng)量守恒規(guī)律及多相界面力相互作用原理的多孔介質(zhì)流固統(tǒng)一動(dòng)力學(xué)理論。
這一理論基于納維-斯托克斯方程描述孔隙通道中的連續(xù)流動(dòng)，推導(dǎo)出流體與固體界面共軛作用力表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)了在流動(dòng)方程中準(zhǔn)確考慮孔隙界面存在效應(yīng)。同時(shí)，研究提出流固共軛傳輸方程和反應(yīng)方程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)與非均相化學(xué)反應(yīng)的單場(chǎng)協(xié)同描述。進(jìn)一步，研究通過結(jié)合流體體積法，得到孔隙尺度多相流控制方程，實(shí)現(xiàn)了孔隙尺度非溶混兩相流界面解析描述。
該研究發(fā)展了多孔介質(zhì)流動(dòng)-傳輸-化學(xué)反應(yīng)界面尺度/宏觀尺度高可信度模擬方法以及孔隙尺度多相流模擬方法等。同時(shí)，為滿足大規(guī)模工程問題研究需要，該研究提出了針對(duì)多孔介質(zhì)非均勻結(jié)構(gòu)的尺度升級(jí)模擬方法。相比于孔隙尺度模擬，這一方法加速了10萬倍以上，預(yù)測(cè)誤差低于8%。
上述研究有望推動(dòng)環(huán)境土模擬預(yù)測(cè)水平提升和測(cè)試技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。
近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《計(jì)算物理學(xué)雜志》（Journal of Computational Physics）和《流體物理學(xué)》（Physics of Fluids）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接
多孔介質(zhì)流固統(tǒng)一傳輸理論及多尺度模擬方法
本文鏈接：環(huán)境土界面力學(xué)理論研究獲進(jìn)展http://www.www.hxg123.cn/show-12-681-0.html
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