PORFLOW 裂隙多孔介质污染物迁移建模案例

案例背景

该研究关注裂隙多孔介质中的污染物迁移，并使用 D.H. Tang 在 1981 年给出的单裂隙解析解进行验证。研究对象为多孔岩石中的薄刚性裂隙，考虑了平流迁移、机械弥散、裂隙内分子扩散、向基质中的分子扩散、裂隙表面和基质内吸附，以及放射性衰变等过程。

验证方法

• 显式裂隙建模：第一种方法按裂隙原始孔径尺寸进行显式建模，使基质和裂隙中的相对污染物浓度能够直接与解析解进行比较。
• PORFLOW® FRACture 指令：第二种方法使用 PORFLOW® 的 FRACture 指令，将裂隙视为子网格尺度结构，从而在无需把完整裂隙全部解析到网格中的情况下捕捉裂隙行为。

问题设定与假设

原案例中的模型场景为低渗透多孔岩石中的单一裂隙，并采用以下条件：

• 裂隙宽度远小于裂隙长度。
• 由于横向扩散和弥散作用，裂隙宽度方向发生完全混合。
• 基质渗透率较低，分子扩散是主要迁移机制。
• 沿裂隙方向的迁移显著快于基质内部迁移。

方程、边界条件与结果

原案例给出了基质中的微分方程与边界条件、裂隙中的耦合形式微分方程与边界条件，并展示了裂隙相对浓度以及多孔基质相对浓度的解析表达式。

结果部分展示了裂隙中稳态相对浓度 c/c0 的对照结果，用于说明 PORFLOW® 模型与解析解之间的对应关系。