在研究裂隙渗流时通常假定裂隙中的流体流动遵循立方定律，但场地和实验室结果表明粗糙裂隙中的水力梯度和流量之间的关系可能为非线性。这种非线性流动受惯性效应驱动。然而，现有的模型特别是在显著惯性效应影响下不足以捕捉这种非线性流动。
中国科学院武汉岩土力学研究所二氧化碳地质封存研究团队建立了同时考虑几何修正和惯性效应的粗糙裂隙非线性渗流模型。该团队采用改进的Izbash定律来考虑惯性效应。这一公式与经典的修正立方定律形式相似。对于裂隙几何影响的修正则是基于广泛运用的经验模型。研究选取不同的经验模型并测试这些经验模型的各种组合，以期取得最好的预测效果。研究采用WM分形函数生成具有不同孔隙空间分布的三维裂隙，用于验证所提出模型的性能。裂隙中雷诺数的范围位于0.01-200，包含显著的惯性效应。研究将模型计算结果与NS方程计算结果进行比较。结果表明，在如此宽泛的雷诺数范围内，模型预测出口流速的相对误差几乎均低于10％。与先前的模型相比，该模型可以使用简单的几何参数模拟具有显著惯性效应的非线性流动。这使得在更复杂的情况下如在裂隙网络中，考虑不同流动机制对裂隙渗流和传热传质的影响。
相关研究成果以A nonlinear flow model for rough fractures with geometric heterogeneity based on improved Izbash’s law为题，发表在《水文学杂志》（Journal of Hydrology）上。研究工作得到内蒙古自治区科技重大专项、国家自然科学基金和湖北省自然科学基金的支持。
研究团队单位：武汉岩土力学研究所
