水位波动变化与毛细管作用影响研究

摘要

本研究通过数值模拟方法探讨潜水面方向变化对毛细管带中水相迁移行为的影响，重点关注地表水文过程
（如降水）引发的潜水面摆动对水相分布的调控机制。基于ANSYS FLUENT平台，采用层流模块与VoF（Volume of
Fluid）模型建立二维多相流（水-空气）数值模型，模拟不同潜水面倾斜角度（0°和-14.04°）及重力加速度条件
（gx=0 m/s2
和gx=-0.25 m/s2
）下的毛细管上升过程。结果表明：在无潜水面波动条件下，毛细管上升速度呈现“缓
慢-加快-减缓”的阶段性特征，且弯月面接触角与上升高度呈负相关；而潜水面波动（倾斜角度变化）会显著改
变水相迁移路径，导致毛细管上升速度下降（如T=0.03s时上升高度减少0.05cm），同时诱发接触角增大及水相分布
非对称性偏移。研究进一步发现，潜水面方向变化产生的附加水力梯度是驱动水相迁移异质性的核心因素，其影响
程度与孔隙介质参数（α、n、m）及动态毛细滞后效应紧密耦合。本成果为潜水面波动区污染物迁移预测、土壤盐
渍化防控及地下工程稳定性评估提供了理论支持。