重力变化与垂向贯穿流对双扩散性多孔介质中达西-布林克曼对流稳定性的影响研究

本研究针对双扩散性多孔介质中对流稳定性问题，系统分析了重力变化（线性、抛物型、指数型）和贯穿流对系统稳定性的影响。通过高阶伽辽金法求解特征值问题，发现指数型重力变化显著增强系统稳定性，渗透率比和相间动量传递参数亦具有稳定效应。贯穿流强度与临界瑞利数呈U型非单调关系，中等强度贯穿流可导致失稳。该研究为地热储层、化学反应器及环境多孔介质系统的优化调控提供了理论依据。

　　

本研究通过线性稳定性分析，探讨了在双分散多孔介质中同时存在垂直贯穿流和变化重力场条件下的双扩散对流现象，基于达西-布林克曼（Darcy–Brinkman）模型展开。重点考察三种重力变化模式——线性、抛物型和指数型对对流稳定性的影响。采用高阶伽辽金法求解控制方程的特征值问题，系统评估临界达西-瑞利数（Rayleigh number）与多个无量纲参数间的函数关系，这些参数包括佩克莱数（Péclet number）、重力调制参数、溶质瑞利数、渗透率比、路易斯数（Lewis number）、达西数（Darcy number）以及相间动量传递系数。

研究特别关注贯穿流的方向与强度效应，分别分析了向上和向下流动在不同重力场背景下的稳定性表现。结果表明，指数型重力变化通过增强重力分层显著提升系统稳定性；较高的渗透率比与较强的相间动量传递因增加粘性耗散和拖曳耦合效应，进一步起到稳定作用。临界瑞利数随贯穿流参数呈U型非单调变化，中等强度贯穿流表现失稳效应，而强贯穿流则具稳定功能。

这些发现深刻揭示了在双分散多孔系统中流体动力与浮力驱动机制之间复杂的相互作用，对地热资源开发、化学反应器设计、环境多孔结构优化等具有重要指导意义，尤其在通过调控贯穿流、相间交换及重力变化以提升传输效率与系统稳定性方面提供理论支撑。