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環境土體展現出組構高度復雜、性態動態多變的顯著特征，構建能夠精確描述土體力學特性及傳輸行為的理論體系是科學研究的關鍵難點。傳統理論分別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及低速滲流問題，難以準確反映實際復雜貯存環境下土體劇烈演化性態及非線性流動。中國科學院武漢巖土力學研究所海洋與環境巖土工程研究中心薛強研究員團隊基于創建的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、缺乏準確理論描述的難題，提出基于微觀連續體動量守恒規律及多相界面力的相互作用原理的多孔介質流固統一動力學理論。
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流動，并嚴格推導得到流體與固體界面共軛作用力表達式，實現在流動方程中準確考慮孔隙界面存在效應。基于這種方法，進一步提出流固共軛傳輸方程和反應方程，實現對多孔介質傳熱傳質及非均相化學反應的單場協同描述。與流體體積法結合，得到孔隙尺度多相流控制方程，實現孔隙尺度非溶混兩相流界面解析描述。基于上述理論成果，系統地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。為滿足大規模工程問題研究需要，提出針對多孔介質非均勻結構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。
研究成果發表于Journal of Computational Physics、Physics of Fluids，入選POF Featured Article，論文第一作者為歐治松博士，通訊作者為薛強研究員。研究工作得到國家自然科學基金（52300183、52322810、U23A601）項目資助。
多孔介質流固統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