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Hydrodynamics Modelling & Environmental Remediation Research Group

水动力过程模拟与环境修复研究团队

叶逾副教授在《Physical Review E》发表论文揭示各向异性几何结构下螺旋流对流场及溶质场影响规律
来源: | 作者:myan | 发布时间: 2020-08-25 | 113 次浏览 | 分享到:

近日,课题组在《Physical Review E》上发表题为“Plume deformation, mixing, and reaction kinetics: An analysis of interacting helical flows in three-dimensional porous media”的学术论文。叶逾副教授为论文的第一作者(论文链接: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.013110

孔隙介质的非均质各向异性对于提高非反应性污染羽的稀释和反应性污染羽的反应程度具有重要的作用。本论文通过数值模拟研究三维宏观非均质各向异性孔隙介质中的稳态水流和溶质运移。本论文考虑宏观各向异性介质结构,将不同渗透系数的粗、细孔隙介质分两层交错排布,由此引发三维螺旋流场。


图1. 三维装置图(内含两个同轴各向异性介质)、介质平面图(有颜色的代表高渗透区、白色代表低渗透区)


本文通过考虑不同的宏观各向异性几何结构和相对位置所产生的螺旋流及其相互作用来研究水流和溶质运移。本论文用基于拉伸和折叠的度量方法来描述水流场,基于熵的度量方法来分析非反应性和反应性溶质运移问题。结果表明,相互作用下的螺旋流造成流线不同程度的扭转,从而导致污染羽的变形。然而,混合和反应的增强并非直接与流场的变形量相关联:流线的大幅度变形所导致的混合增强可能并不是很大。最后,本文探索了具有不同反应速率的溶质运移和混合。结果表明,在螺旋流场作用下,混合程度的大幅度提升使得混合限制反应性运移的状态变为了由反应动力学控制的溶质运移过程。

2. 出口处截面浓度分布图(16种配置情况)


3. 反应羽长度(16种非均质各向异性配置及均质情况)


本研究得到了国家重点科研项目(2018YFC0407200)、国家自然科学基金(517090855167906751879088)、中央高校基础研究基金(B200202158)等项目的资助。