第1章 渗流分析基础理论

1.1 渗流和渗流力学

渗流（fluid flow in porous media）是流体通过多孔介质的流动。其流体是符合牛顿剪切定律的气体、液体、气-液混合物等普通牛顿流体以及部分具有简单流变方程的非牛顿流体（牛顿流体可谓是黏度为常数的流体，其常数的意义指的是黏度与速度场无关，但可以是温度的函数）。

在渗流工程中，多孔介质表面作用明显，流体流动过程中任何时候必须考虑黏性的作用；地下渗流中通常具有较高的压力，压力变化亦比较明显，需要考虑流体和介质的压缩性；孔道结构复杂，有时需要考虑毛管力的作用；某些情况下还需要考虑吸附、解吸、弥散等物理化学作用。

渗流力学（mechanics of fluid flow in porous media）是研究流体在多孔介质中运动规律的科学。它是流体力学的一个独立分支，是流体力学与岩石力学、多孔介质理论、表面化学和物理化学以及生物学交叉渗透形成的一门应用基础学科。

研究流体渗流过程的方法有流体力学方法、水动力学方法和实验方法。流体力学方法用严格的数学语言来描述流体运动规律，将实际问题抽象为具体的数学模型，追求问题的精确解；水动力学方法则针对某些比较复杂的实际问题，将流体力学的某些结论与实验或试验观察结果相结合，采用数理分析等统计方法，力求做出定量的解释，给出能够满足工程实际要求的近似解；实验方法是在复杂渗流条件下，理论上常常不能解决具体问题，通过实验模型模拟实际渗流发生的条件和过程，以确定流体渗流的规律。

渗流系统：一般情况下，渗流力学只研究所关心的多孔介质的一部分，称这部分多孔介质地层为渗流系统（system of porous flow），称其余部分为渗流环境（circumstance of porous flow）。如果渗流系统和渗流环境之间有自由的质量和能量交换，则这种渗流系统为开放系统（open system）；如果渗流系统和渗流环境之间没有质量和能量交换，称这种系统为封闭系统（closed system）。