论文标题： Transport in Nanoporous Media

期刊：Engineering

作者：朱维耀, 潘滨, 陈震, 卜文港, 马启鹏, 刘凯, 岳明

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.05.014

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近日，北京科技大学土木与资源工程学院朱维耀教授团队以“Transport in Nanoporous Media”（纳米多孔介质中的传输）为题在中国工程院院刊《Engineering》发表综述性文章。系统梳理了纳米尺度下单相和多相流体流动的实验、理论和模拟研究，为相关领域发展提供重要指导。

纳米尺度流动广泛存在于自然界，与众多行业技术领域密切相关，如非常规油气开采、二氧化碳地质封存等。过去几十年，虽有大量相关研究，但缺乏评论性综述，这限制了人们对该领域的深入理解和对其研究方向的认知。据此，该文系统地总结了纳米尺度下单相和多相流体流动的实验、理论和模拟工作，指出了当前的研究局限和未来展望。文章将为纳米尺度非线性流体力学的发展提供关键支持，并为相关领域提供重要的参考。

在单相流研究方面，实验表明碳纳米管内单相液体流动呈现流速远超传统方程预测、滑移长度大等异常现象，但其机理尚未阐明。纳微流控平台研究发现非线性现象，如流速 - 压差关系偏离经典方程。同时，纳米多孔玻璃中单相流研究揭示了流体流动的线性与非线性特征及相关影响因素。理论上，通过黏度修正和力场修正描述纳米尺度流固界面相互作用，但各模型均存在局限性。模拟研究则主要采用分子动力学模拟，虽取得诸多成果，但仍未揭示其背后基本原理。

图1. 可能导致碳纳米管中流速增大的实验装置示意图。ΔP/ΔC/ΔV：压力/浓度/电压差。

多相流研究同样成果丰硕。实验中，不同介质下的多相流动研究广泛开展，包括碳纳米管、Vycor、膜和岩石等。例如，Vycor 中自发渗吸研究发现其与时间平方根呈线性关系，温度、烃链长度等因素对其有影响；纳米多孔碳膜中自发渗吸研究揭示了接触线钉扎、毛细管凝聚等现象；碳纳米管中气 - 水两相流动研究观察到界面演变动态和相行为；页岩油气领域研究则为油气开采提供了实验证据。理论研究通过修正力场、黏度项和毛细管压力方程等，使传统两相流理论更适用于纳米尺度。模拟研究则展示了纳米孔中两相流的多种特性，如相分布、滑移效应等。

然而，研究仍存在局限。实验方面，现有材料和监测手段难以满足高压、高分辨率及三相流动研究需求；理论上，连续性假设在纳米尺度的有效性不确定，方程解析解获取困难；模拟研究中，分子动力学模拟难以实验验证，多场问题数值模拟面临不稳定收敛和高计算复杂度问题。

针对这些局限，文章建议开发先进测量技术和仪器，研制耐高压纳米多孔材料，完善纳米尺度流体力学理论，开发新数值模拟技术。

该文章系统总结了纳米多孔介质中流体流动研究现状，指出未来发展方向，将推动纳米尺度非线性流体力学发展，为相关行业技术领域提供重要参考。

文章信息：

Transport in Nanoporous Media

纳米多孔介质中的流体流动

作者：

朱维耀, 潘滨 , 陈震 , 卜文港 , 马启鹏 , 刘凯 , 岳明

引用：

Weiyao Zhu, Bin Pan, Zhen Chen, Wengang Bu, Qipeng Ma, Kai Liu, Ming Yue. Transport in Nanoporous Media. Engineering, https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.05.014

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开放获取全文

https://www.engineering.org.cn/engi/EN/10.1016/j.eng.2023.05.014

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