基于多元回归分析的研究揭示了多孔介质复杂参数对优先流的影响

《Langmuir》：Multiple Regression Analysis-Based Reveals the Effect of Complex Parameters of Porous Media on Preferential Flow

空气间隙扩散蒸馏（AGDD）技术利用超亲水多孔介质实现高效海水淡化，但其内部优先流现象严重降低效率。本研究通过回归分析揭示孔隙结构参数（表观骨架密度、平均孔径、渗透率、曲折度）对优先流的影响机制：低饱和时以孔隙结构异质性主导的异质通道模式为主，高饱和时渗流场不稳定性驱动的渗流不稳定性模式为特征。

　　

气隙扩散蒸馏（AGDD）是一种有前景的新技术，它利用超亲水多孔介质作为热通道和蒸发表面来实现高效海水淡化。然而，超亲水多孔介质内的优先流现象严重降低了AGDD的淡化效率，因此必须设计出结构合理的多孔介质以最小化优先流。尽管如此，以往关于优先流的研究很少涉及多孔介质的结构参数。为了克服在相关条件下难以区分各种多孔介质参数对优先流影响的实验局限性，我们基于AGDD进行了大量优先流实验，并引入了统计方法。通过逐步多元回归分析降低了自变量的维度，并构建了回归方程（决定系数R2达到82.1–98.4%）。实验结果表明，超亲水多孔介质的表观骨架密度、平均孔径、渗透性和曲折度是决定优先流的关键参数。其中，只有表观骨架密度能够抑制优先流，而孔径、渗透性和曲折度则会促进优先流的发生。优先流的产生和发展有两种不同的模式：一种是“异质通道模式”（在低饱和度条件下），此时优先流主要受多孔材料固有异质性的影响，这体现在平均孔径上；较大的孔径会直接导致润湿前沿的不稳定性。另一种是“渗流不稳定性模式”（在高饱和度条件下），这种模式主要受渗流场不稳定性的影响，这体现在渗透性上，从而导致优先流。由于非饱和水力传导率对饱和度非常敏感，随着饱和度的增加，水力传导率的异质性会迅速加剧，从而产生速度差，进而引发优先流。