Multifaceted analysis of microdynamics of invasion and drainage processes in porous media effected by hydrophobic particles

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昨年に引き続き，格子ボルツマン法によるフィンガリング現象に関するシミュレーション，間隙ネットワークモデルによる団粒構造を有する多孔質媒体の浸透確率や水分保持特性の評価，3Dプリンタによる多孔質媒体モデルの作成と浸透実験を行った。格子ボルツマン法を用いたシミュレーションでは，水と空気のような密度比の大きな流体の浸透現象を扱うことのできるphase-field法を用いて空気で満たされた多孔質媒体に水がフィンガー状に浸透していく現象について詳細な解析を行った。それにより，フィンガー流の途中で水が排水（空気が浸入）して流れが途切れる現象やフィンガーの先端からの圧力低下や不規則に変動する現象を再現できた。間隙ネットワークモデルを用いた解析では，構成する粒子の粒径分布を変化させたり粒子数を変化させた様々な団粒構造をもつ多孔質媒体を個別要素法を用いて作成し，間隙の空間統計解析やネットワークの特性，水理特性を調べた。本年はモデルに含まれる粒子数と空間解像度を昨年度より増やして，より詳細な解析を行った。団粒構造を持つ多孔質媒体は団粒構造を持たない多孔質媒体に比べて浸透閾値が小さいことに加え，通常対角線に漸近する浸透確率が一旦対角線から離れ再び近づくという特徴があることが分かった。本年はこれらに加え，解析力学的な観点からForchheimer流れについて変分法を用いた定式化を行った。それは，流速が十分小さいDarcy流の場合，摩擦損失に加え形状損失を考慮したモデルとなっている。