環境土體具有組構高度復雜、性態動態多變的特征。而傳統理論依賴本構模型和達西定律描述特定條件范圍土體力學行為和低速滲流問題，難以準確反映實際復雜貯存環境下土體劇烈演化性態和非線性流動。因此，構建能夠精確描述土體力學特性和傳輸行為的理論體系是該領域的熱點。
中國科學院武漢巖土力學研究所研究員薛強團隊基于環境土界面力學理論，從決定土體宏觀性態的微細觀界面力學機制出發，針對環境土“氣-液-固”界面作用機制復雜、缺乏準確理論描述等問題，提出了基于微觀連續體動量守恒規律及多相界面力相互作用原理的多孔介質流固統一動力學理論。
這一理論基于納維-斯托克斯方程描述孔隙通道中的連續流動，推導出流體與固體界面共軛作用力表達式，實現了在流動方程中準確考慮孔隙界面存在效應。同時，研究提出流固共軛傳輸方程和反應方程，實現了對多孔介質傳熱傳質與非均相化學反應的單場協同描述。進一步，研究通過結合流體體積法，得到孔隙尺度多相流控制方程，實現了孔隙尺度非溶混兩相流界面解析描述。
該研究發展了多孔介質流動-傳輸-化學反應界面尺度/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，為滿足大規模工程問題研究需要，該研究提出了針對多孔介質非均勻結構的尺度升級模擬方法。相比于孔隙尺度模擬，這一方法加速了10萬倍以上，預測誤差低于8%。
上述研究有望推動環境土模擬預測水平提升和測試技術創新發展。
近日，相關研究成果發表在《計算物理學雜志》（Journal of Computational Physics）和《流體物理學》（Physics of Fluids）上。研究工作得到國家自然科學基金的支持。
論文鏈接
多孔介質流固統一傳輸理論及多尺度模擬方法
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