環(huán)境土體展現(xiàn)出組構(gòu)高度復(fù)雜、性態(tài)動(dòng)態(tài)多變的顯著特征，構(gòu)建能夠精確描述土體力學(xué)特性及傳輸行為的理論體系是科學(xué)研究的關(guān)鍵難點(diǎn)。傳統(tǒng)理論分別依賴本構(gòu)模型和達(dá)西定律描述特定條件范圍土體力學(xué)行為及低速滲流問題，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)及非線性流動(dòng)。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所海洋與環(huán)境巖土工程研究中心薛強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)基于創(chuàng)建的環(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)確理論描述的難題，提出基于微觀連續(xù)體動(dòng)量守恒規(guī)律及多相界面力的相互作用原理的多孔介質(zhì)流固統(tǒng)一動(dòng)力學(xué)理論。

該理論基于納維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程描述孔隙通道中的連續(xù)流動(dòng)，并嚴(yán)格推導(dǎo)得到流體與固體界面共軛作用力表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)在流動(dòng)方程中準(zhǔn)確考慮孔隙界面存在效應(yīng)。基于這種方法，進(jìn)一步提出流固共軛傳輸方程和反應(yīng)方程，實(shí)現(xiàn)對多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)及非均相化學(xué)反應(yīng)的單場協(xié)同描述。與流體體積法結(jié)合，得到孔隙尺度多相流控制方程，實(shí)現(xiàn)孔隙尺度非溶混兩相流界面解析描述?；谏鲜隼碚摮晒?，系統(tǒng)地發(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。為滿足大規(guī)模工程問題研究需要，提出針對多孔介質(zhì)非均勻結(jié)構(gòu)的尺度升級模擬方法，相比孔隙尺度模擬加速10萬倍以上，預(yù)測誤差低于 8%。上述研究有望推動(dòng)環(huán)境土模擬預(yù)測水平提升和測試技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

研究成果發(fā)表于Journal of Computational Physics、Physics of Fluids，入選POF Featured Article，論文第一作者為歐治松博士，通訊作者為薛強(qiáng)研究員。研究工作得到國家自然科學(xué)基金（52300183、52322810、U23A601）項(xiàng)目資助。

多孔介質(zhì)流固統(tǒng)一傳輸理論及多尺度模擬方法

論文鏈接：

https://www.doi.org/10.1016/j.jcp.2024.113203

https://www.doi.org/10.1063/5.0213679

https://www.doi.org/10.1063/5.0239940