Abstract In this research, the lattice Boltzmann method was used to simulate the fluid flow in the random elliptical porous media. Since the tortuosity is one of the most important parameters of porous media and also, the hydraulic tortuosity is more accurate and more realistic than geometric tortuosity, therefore, the hydraulic tortuosity was discussed thoroughly in this study. Contrary to many studies in which the velocity-based method has been used for calculation of tortuosity, one of the novelties in this paper is the application of streamline-based tortuosity including the detailed description of mathematical method for calculation of streamline-based tortuosity and also, the calculation of it numerically and the comparison with velocity-based tortuosity at different porosities and at various aspect ratios. Furthermore, the deviation percentage of velocity-based tortuosity from streamline-based tortuosity was surveyed and depicted. Also, the behavior of streamline-based tortuosity was illustrated as a function of porosity at different aspect ratios and the results were compared with Comiti–Renaud equation and a new equation was proposed. With the structure factor defined as the ratio of porosity to tortuosity, the variation of this quantity with respect to porosity was displayed at different aspect ratios. Also, the formation factor variation versus porosity was discussed at different aspect ratios, too. Finally, the influence of obstacles shape on the tortuosity by varying aspect ratio was investigated and it was concluded that the orientation of elliptical obstacles (vertically or horizontally) has severe effect on the tortuosity. Graphic abstract

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一种新的基于流线的曲折度计算方法和使用格子玻尔兹曼方法研究具有随机椭圆形障碍物的多孔介质中障碍物形状对曲折度的影响

摘要 本研究采用格子Boltzmann方法模拟随机椭圆多孔介质中的流体流动。由于曲折度是多孔介质最重要的参数之一，而且水力曲折度比几何曲折度更准确、更真实，因此，本研究对水力曲折度进行了深入讨论。与许多使用基于速度的方法计算曲折的研究相反，本文的新颖之处之一是基于流线的曲折的应用，包括详细描述了计算基于流线的曲折的数学方法以及，其数值计算以及与不同孔隙度和不同纵横比下基于速度的弯曲度的比较。此外，调查和描绘了基于速度的曲折与基于流线的曲折的偏差百分比。此外，将基于流线的曲率行为说明为不同纵横比下孔隙率的函数，并将结果与​​ Comiti-Renaud 方程进行比较，并提出了一个新方程。将结构因子定义为孔隙度与曲折度的比值，该量相对于孔隙度的变化以不同的纵横比显示。此外，还讨论了不同纵横比下地层因子变化与孔隙度的关系。最后，通过改变纵横比研究了障碍物形状对曲折度的影响，得出结论：椭圆形障碍物的方向（垂直或水平）对曲折度有严重影响。图形摘要 将基于流线的曲率行为说明为不同纵横比下孔隙率的函数，并将结果与​​ Comiti-Renaud 方程进行比较，并提出了一个新方程。将结构因子定义为孔隙度与曲折度的比值，该量相对于孔隙度的变化以不同的纵横比显示。此外，还讨论了不同纵横比下地层因子变化与孔隙度的关系。最后，通过改变纵横比研究了障碍物形状对曲折度的影响，得出结论：椭圆形障碍物的方向（垂直或水平）对曲折度有严重影响。图形摘要 将基于流线的曲率行为说明为不同纵横比下孔隙率的函数，并将结果与​​ Comiti-Renaud 方程进行比较，并提出了一个新方程。将结构因子定义为孔隙度与曲折度的比值，该量相对于孔隙度的变化以不同的纵横比显示。此外，还讨论了不同纵横比下地层因子变化与孔隙度的关系。最后，通过改变纵横比研究了障碍物形状对曲折度的影响，得出结论：椭圆形障碍物的方向（垂直或水平）对曲折度有严重影响。图形摘要 该数量相对于孔隙率的变化以不同的纵横比显示。此外，还讨论了不同纵横比下地层因子变化与孔隙度的关系。最后，通过改变纵横比研究了障碍物形状对曲折度的影响，得出结论：椭圆形障碍物的方向（垂直或水平）对曲折度有严重影响。图形摘要 该数量相对于孔隙率的变化以不同的纵横比显示。此外，还讨论了不同纵横比下地层因子变化与孔隙度的关系。最后，通过改变纵横比研究了障碍物形状对曲折度的影响，得出结论：椭圆形障碍物的方向（垂直或水平）对曲折度有严重影响。图形摘要