新聞科研進(jìn)展
在土壤水蒸發(fā)過(guò)程中，水的汽化僅發(fā)生在液-汽界面上而非表觀(guān)土壤表面。氣-液界面的演化在蒸發(fā)過(guò)程中占有主導性作用，深入研究不同飽和度下的界面特性，對于充分了解土壤水分蒸發(fā)的關(guān)鍵機制是十分必要和關(guān)鍵的。
武漢巖土所董毅研究員，長(cháng)期致力于包括非飽和土測試技術(shù)與理論在內的多相巖土介質(zhì)力學(xué)與工程方面的研究。針對非飽和土的界面蒸發(fā)微尺度特征，通過(guò)X射線(xiàn)顯微斷層掃描方法掃描玻璃珠樣品，研究土壤水分蒸發(fā)中的幾何和拓撲特征。拓撲分析表明，液相和氣相呈現互補的連通性，該行為由歸一化的歐拉特征數量化，并提取每種典型界面簇，其局部平均曲率分布定量地描述了界面幾何形狀和形態(tài)以及干燥過(guò)程的復雜過(guò)程，樣品的總體平均曲率演變分離了負曲率分量，證實(shí)了孔隙水蒸發(fā)過(guò)程中毛細管壓力的增加。蒸發(fā)過(guò)程中氣-液界面的幾何和拓撲特性對進(jìn)一步研究液體相變、確定土壤的真實(shí)界面蒸發(fā)率奠定了理論基礎。
相關(guān)研究成果得到國家自然科學(xué)基金項目NSFC-51779254的資助，發(fā)表于巖土工程權威期刊Water Resources Research，論文題目“Characterization of Liquid-Vapor Interfaces in Pores during Evaporation”。
論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2021WR031908
圖1 以歐拉特征數量化液相連通性，液相和氣相呈現互補的連通性
圖2 典型氣-液界面特征及相應的平均曲率分布
