Flow Visualization of Transition From Linear to Nonlinear Flow Regimes in Rock Fractures

机械 流量(数学) 地质学 涡流 非线性系统 流体力学 流速 湍流 明渠流量 虚拟力 粘性液体 矢量场 岩土工程 物理 量子力学
作者
Dahye Kim,In Wook Yeo
出处
期刊:Water Resources Research [Wiley]
卷期号:58 (11) 被引量:11
标识
DOI:10.1029/2022wr032088
摘要

Abstract This study made the first experimental attempt to visualize the transition processes from linear to nonlinear flow regimes in rough‐walled rock fractures for a better understanding of the evolution of flow regimes in rock fractures. The experiments visualized the narrowing of the mainstream channel associated with eddies enlarged near the fracture wall with increasing applied flux. The measured fluid velocity field showed that these flow structures resulted in a significant increase in fluid velocity in the narrowed main flow channel and a relatively small velocity in the enlarged eddy zone. The order‐of‐magnitude analysis of local inertial and viscous forces, using measured fluid velocity vectors, showed that inertial forces overwhelmed viscous forces in the narrowed mainstream channel of rough‐walled segments, which led to the transition to nonlinear flow in rough‐walled fractures. The quantitative comparison between measured fluid velocity and the numerical simulations showed good agreement. This study demonstrates that the micro‐PIV technique can serve for phenomenon‐based experimental research on fluid flow and solute transport in rock fractures.
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