在研究裂隙滲流時(shí)通常假定裂隙中的流體流動(dòng)遵循立方定律，但場(chǎng)地和實(shí)驗室結果表明粗糙裂隙中的水力梯度和流量之間的關(guān)系可能為非線(xiàn)性，這種非線(xiàn)性流動(dòng)受慣性效應驅動(dòng)。然而，現有的模型仍不足以捕捉這種非線(xiàn)性流動(dòng)，特別是在顯著(zhù)慣性效應影響下。

　　針對這一問(wèn)題，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所二氧化碳地質(zhì)封存研究團隊人員建立了一個(gè)同時(shí)考慮幾何修正和慣性效應的粗糙裂隙非線(xiàn)性滲流模型。采用改進(jìn)的Izbash定律來(lái)考慮慣性效應，該公式與經(jīng)典的修正立方定律形式相似。對裂隙幾何影響的修正則是基于廣泛運用的經(jīng)驗模型。研究中選取了不同的經(jīng)驗模型并測試了這些經(jīng)驗模型的各種組合，以取得最好的預測效果。采用WM分形函數生成具有不同孔隙空間分布的三維裂隙，用于驗證所提出模型的性能。裂隙中雷諾數的范圍位于0.01-200，包含了顯著(zhù)的慣性效應。模型計算結果與NS方程計算結果進(jìn)行比較。結果表明：在如此寬泛的雷諾數范圍內，模型預測出口流速的相對誤差幾乎都低于10％。與先前的模型相比，所提出的模型可以使用簡(jiǎn)單的幾何參數模擬具有顯著(zhù)慣性效應的非線(xiàn)性流動(dòng)。這使得能夠在更復雜的情況下，如在裂隙網(wǎng)絡(luò )中，考慮不同流動(dòng)機制對裂隙滲流和傳熱傳質(zhì)的影響。

　　相關(guān)成果以A nonlinear flow model for rough fractures with geometric heterogeneity based on improved Izbash’s law為題，發(fā)表在期刊Journal of Hydrology上。本研究得到了內蒙古科技重大專(zhuān)項（2021ZD0034）、國家自然科學(xué)基金（41872210）和湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng )新群體（2021CFA030）的共同資助。

　　論文鏈接：

　　https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2024.130894

圖1. 裂隙中隨著(zhù)雷諾數增加流態(tài)的轉變過(guò)程　　 

圖2. 模型計算結果與NS方程求解結果比較　　

圖3. 不同經(jīng)驗模型預測結果比較。模型E5B1為本文采用模型。