考虑到异质性和显著惯性效应的裂缝深度平均非线性流动模型的开发

流体通过裂缝的流动是许多工程应用和地球物理过程的核心。尽管在过去的几十年里，人们对孔径异质性和惯性力对流体流动的相互影响进行了探讨，但在惯性效应显著的高压梯度条件下，准确预测裂缝流场仍然是一个挑战。为了应对这一挑战，我们在力学层面上，通过在线性流动模型(即描述压力梯度和流体流量之间线性关系的局部立体法)中引入二次速度项，严格推导出深度平均的非线性流动模型。通过六条粗糙度不同的粗壁裂缝进行的配套实验室实验和直接数值模拟进一步证实了所提模型的稳健性。我们发现，考虑到广泛的雷诺数(0.01-167)，该预测模型在平均速度方面的相对误差(<7%)优于现有的替代方案，表明其在处理明显的惯性效应方面具有优越性。最后，我们通过建立一个经验函数，将模型中的参数(ω)与可测量的裂缝属性(即孔径)联系起来，对新模型进行了参数化；这使得预测模型在预测加压工程环境中的局部速度场时可行且直接。