Equivalent permeability model of dual-porosity and bi-dispersed porous media based on the intermingled fractal units

曲折 无量纲量 分形 磁导率 多孔介质 多孔性 机械 毛细管压力 岩土工程 毛细管作用 分形维数 物理 地质学 热力学 数学分析 数学 化学 生物化学
作者
Xiaohong Liu,Hongyu Wang,Liucheng Chang
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:35 (3) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0140041
摘要

Dual-porosity and bi-dispersed porous media (DBPM) widely exist in geotechnical engineering, material engineering, soil science, and groundwater exploitation. Therefore, it is significant to quantify the relationship between permeability and matrix–fracture structure parameters for mastering fluid's seepage and transport characteristics. Hence, this paper derives an analytical solution of equivalent permeability for DBPM based on the intermingled fractal units (IFU). The developed model considers the capillary pressure of fractures and capillaries and the tortuosity of fractures and capillaries. Specifically, the number of porous matrix fractal units in IFU is quantified, and then, the dimensionless permeability is calculated, defined as the ratio of the permeability of np matrix fractal units to a single fracture fractal unit. The results reveal that equivalent permeability is mainly contributed by fracture permeability. Next, the second dimensionless permeability is defined to compare further and quantify the permeable ability of fracture and porous matrix. The results highlight that the permeability difference between a single fracture fractal unit and a single porous matrix fractal unit is approximately 7–11 orders of magnitude. Overall, through this paper, the preferential flow mechanism of DBPM can be better described and understood by introducing the above two dimensionless permeabilities and analyzing the influence of structural parameters on them.

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