在研究裂隙滲流時通常假定裂隙中的流體流動遵循立方定律，但場地和實驗室結(jié)果表明粗糙裂隙中的水力梯度和流量之間的關(guān)系可能為非線性，這種非線性流動受慣性效應(yīng)驅(qū)動。然而，現(xiàn)有的模型仍不足以捕捉這種非線性流動，特別是在顯著慣性效應(yīng)影響下。

　　針對這一問題，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同時考慮幾何修正和慣性效應(yīng)的粗糙裂隙非線性滲流模型。采用改進的Izbash定律來考慮慣性效應(yīng)，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?zāi)Ｐ?。研究中選取了不同的經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒y試了這些經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷母鞣N組合，以取得最好的預(yù)測效果。采用WM分形函數(shù)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(shù)的范圍位于0.01-200，包含了顯著的慣性效應(yīng)。模型計算結(jié)果與NS方程計算結(jié)果進行比較。結(jié)果表明：在如此寬泛的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，模型預(yù)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單的幾何參數(shù)模擬具有顯著慣性效應(yīng)的非線性流動。這使得能夠在更復(fù)雜的情況下，如在裂隙網(wǎng)絡(luò)中，考慮不同流動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(nèi)蒙古科技重大專項（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. 裂隙中隨著雷諾數(shù)增加流態(tài)的轉(zhuǎn)變過程　　 

圖2. 模型計算結(jié)果與NS方程求解結(jié)果比較　　

圖3. 不同經(jīng)驗?zāi)Ｐ皖A(yù)測結(jié)果比較。模型E5B1為本文采用模型。