多孔介质中颗粒迁移细观理论与数值研究

作者：张升; 张桐; 苏晶晶^*; 盛岱超

来源：铁道科学与工程学报, 2023, 20(06): 2103-2111.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20221132

• 颗粒迁移
• 多孔介质
• 对流-扩散方程
• 逾渗

多孔介质中的颗粒迁移广泛存在于各种工程问题中，对土体结构变化以及土壤中污染物的传播有重要影响。目前，颗粒在多孔介质中的迁移规律研究较少从颗粒运动及孔隙结构细观层面进行理论分析。为此，采用理论与数值仿真的方法对颗粒迁移细观规律与宏观规律的联系开展研究。在理论上，将细颗粒在多孔介质中的运动处理为一个随机过程，从细观层面推导描述颗粒宏观运动的一维对流-扩散方程，并建立扩散、对流系数与反映多孔介质对细颗粒阻碍强弱的阻滞参数α，及描述细颗粒细观运动统计特征的概率参数p间的量化关系。在数值仿真上，利用逾渗理论，通过将随机游走嵌入逾渗构型中开展数值仿真试验，研究阻滞参数α与多孔介质连通性的关系。理论推导证明，在细观上随机运动的颗粒其宏观运动可以采用对流-扩散方程进行描述。数值仿真的结果表明，当连通概率P大于0.5时，由细观理论得到的对流-扩散方程能较好地描述颗粒迁移过程，阻滞参数α与连通概率P呈现二次函数的关系，而当连通概率P小于0.5时，颗粒在多孔介质中的迁移逐渐偏离理论结果，且在多孔介质中发生堵塞现象。

• 单位
  土木工程学院; 中南大学; 土木与环境工程学院