自由流体层与多孔介质层界面的盐指现象的统一域法模拟

摘要

自由流体层和多孔介质层交界处同时存在温度梯度和盐度梯度会导致盐指型双扩散对流的发生,改变流体的运动状态,进而影响物质输移规律.本文建立了流体层与多孔介质层界面双扩散耦合模型,模型采用统一域法,在上下层分别计算水动力-温度-浓度输运方程,用快速傅里叶变换求解统一域内流函数方程.计算分析了?=0.35,0.40,1的三个典型工况,研究在多孔介质层不同孔隙率下盐指的对流结构和演变过程,讨论了稳定密度分层下物质输移现象及其输运特性.结果表明,与分层水体中的盐指不同,流体层和多孔介质层界面的盐指具有非对称结构,多孔介质层的下沉盐指较于上升盐指更宽,生长速度慢,在混合区域内具有更好的输运能力.研究发现多孔介质中固体的存在极大地阻碍了盐指对流的生长,同时影响了垂向的物质通量;在孔隙率高的工况中,由盐度的不稳定分层储存的潜在势能更多地转化为动能,从而增加了垂直方向上的物质输运,使盐指具有更强的混合能力.