Dòng chảy chất lỏng trong đá xốp biến đổi, mạng lưới đứt gãy và môi trường hạt là một chủ đề nghiên cứu liên ngành rất tích cực trong Vật lý, Khoa học Trái đất và Kỹ thuật. Các ví dụ về các quá trình tự nhiên và nhân tạo bao gồm thu hồi hydrocarbon, cô lập địa chất carbon dioxide, làm khô và làm ướt đất, khắc phục ô nhiễm, hóa lỏng đất, lở đất, động lực của môi trường hạt ướt hoặc khô, động lực của đứt gãy hoặc ma sát, phun trào núi lửa, thoát khí trong trầm tích, phát triển karst và hình thành hang động, phát triển mỏ quặng và xử lý chất thải phóng xạ. Sự bất ổn định dòng chảy thủy động lực học và rối loạn quy mô lỗ rỗng thường dẫn đến mô hình dòng chảy phức tạp. Trong môi trường biến đổi, các cơ chế bổ sung phát huy tác dụng: nén chặt, giải nén, xói mòn, phân tách và nứt vỡ dẫn đến những thay đổi về độ thấm theo thời gian. Sự hòa tan, kết tủa và các phản ứng hóa học giữa chất tan và chất rắn có thể dần dần làm thay đổi thành phần và cấu trúc của nền rắn, tạo ra hoặc phá hủy các đường dẫn thấm cho dòng chảy chất lỏng. Do đó, một phản hồi động phức tạp phát sinh khi, một mặt, dòng chảy chất lỏng ảnh hưởng đến các đặc tính của môi trường xốp, và mặt khác, môi trường thay đổi ảnh hưởng đến dòng chảy chất lỏng. Sách điện tử Chủ đề Nghiên cứu này trình bày các nghiên cứu hiện tại minh họa chiều sâu và bề rộng của công trình đang diễn ra trong lĩnh vực dòng chảy và chuyển đổi trong môi trường xốp thông qua 15 bài báo của 72 tác giả từ khắp nơi trên thế giới. Nội dung công trình nêu bật những thách thức do phạm vi rộng lớn về thang đo chiều dài và thời gian mà các quá trình dòng chảy ngầm diễn ra. Điều quan trọng là, các hiện tượng từ mỗi thang đo đều góp phần vào hành vi ở quy mô lớn hơn. Dòng chảy của dầu và khí trong các bể chứa, và dòng chảy của nước ngầm ở quy mô lưu vực có liên hệ nhạy cảm với các quá trình ở quy mô lỗ rỗng và tính không đồng nhất của vật liệu xuống đến quy mô micromet. Các đặc điểm địa chất của cùng một bể chứa và lưu vực đã tiến hóa trong hàng triệu năm, đôi khi là hậu quả của sự nứt nẻ và phát triển vết nứt xảy ra ở thang thời gian micro giây. Nghiên cứu do các tác giả của Đề tài nghiên cứu này trình bày là một bước tiến tới việc thu hẹp khoảng cách giữa các thang đo cũng như sự phân tách giữa các ngành khoa học để có thể bắt đầu hình thành một bức tranh thống nhất hơn về dòng chảy và sự biến đổi trong môi trường xốp.

Abstract:

Fluid flow in transforming porous rocks, fracture networks, and granular media is a very active interdisciplinary research subject in Physics, Earth Sciences, and Engineering. Examples of natural and engineered processes include hydrocarbon recovery, carbon dioxide geo-sequestration, soil drying and wetting, pollution remediation, soil liquefaction, landslides, dynamics of wet or dry granular media, dynamics of faulting or friction, volcanic eruptions, gas venting in sediments, karst development and speleogenesis, ore deposit development, and radioactive waste disposal. Hydrodynamic flow instabilities and pore scale disorder typically result in complex flow patterning. In transforming media, additional mechanisms come into play: compaction, de-compaction, erosion, segregation, and fracturing lead to changes in permeability over time. Dissolution, precipitation, and chemical reactions between solutes and solids may gradually alter the composition and structure of the solid matrix, either creating or destroying permeable paths for fluid flow. A complex, dynamic feedback thus arises where, on the one hand, the fluid flow affects the characteristics of the porous medium, and on the other hand the changing medium influences the fluid flow. This Research Topic Ebook presents current research illustrating the depth and breadth of ongoing work in the field of flow and transformation in porous media through 15 papers by 72 authors from around the world. The body of work highlights the challenges posed by the vast range of length- and time-sca