多孔介质固体颗粒粒径特征及膨胀作用对地下水孔隙尺度流场特征的影响

Influence of Particle Size Characteristics and Swelling of Solid Particles in Porous Media on Pore-Scale Flow Field Characteristics of Groundwater

摘要

地下水孔隙尺度流场特征的研究对于深入理解地下水渗流、溶质运移具有重要意义.目前固体颗粒粒径特征不同时介质微观结构对孔隙尺度流场的影响尚不清楚.基于迭代重排算法构建了固体颗粒粒径分布特征、膨胀程度不同的多孔介质，基于此研究了固体颗粒平均粒径、粒径方差及膨胀作用对地下水流场特征的影响.结果表明，在介质孔隙率相同的条件下，固体颗粒平均粒径、粒径方差对多孔介质中流速的非均质性、速度概率密度分布等流场特征影响较小.而在同一介质中，当固体颗粒膨胀引起孔隙率减小时，平均粒径较小幅度的变化就会对以上流场特征产生显著影响.例如当固体颗粒膨胀程度增强时，粒径小幅度的增大，就会导致流场中优势流区和不流动区比例同时大幅度增加，流场非均质性显著增强，流速概率密度分布更加发散.

关键词

地下水流场特征 / 多孔介质 / 固体颗粒粒径 / 孔隙尺度 / 数值模拟 / 水文地质学

Key words

groundwater flow field characteristics / porous media / solid particle size / pore scale / numerical simulation / hydrogeology

基金资助

国家自然科学基金项目(42002257)

山东省自然科学基金项目(ZR2020QD123)

山东省高校院所创新团队项目(2018GXRC012)

国家自然科学基金项目(41772257)

济南大学博士基金项目(XBS1911)

济南大学科技计划基金项目(XKY1922)