In this work, a two-dimensional time-fractional subdiffusion model is developed to investigate the underlying transport phenomena evolving in a binary medium comprised of two sub-domains occupied by homogeneous material. We utilise an unstructured mesh control volume method to validate the model against a derived semi-analytical solution for a class of two-layered problems. This generalised transport model is then used to perform computational homogenisation on various two-dimensional heterogenous porous media. A key contribution of our work is to extend the classical homogenisation theory to accommodate the new framework and show that the effective diffusivity tensor can be computed once the cell problems reach steady state at the microscopic scale. We verify the theory for binary media via a series of well-known test problems and then investigate media having inclusions that exhibit a molecular relaxation (memory) effect. Finally, we apply the generalised transport model to estimate the bound water diffusivity tensor on cellular structures obtained from environmental scanning electron microscope (ESEM) images for Spruce wood and Australian hardwood. A highlight of our work is that the computed diffusivity for the heterogeneous media with molecular relaxation is quite different from the classical diffusion cases, being dominated at steady-state by the material with memory effects.


翻译:在这项工作中,开发了一种二维时间折射亚扩散模型,以调查由两层同质材料所占据的子磁体组成的二进制介质中演化的基本运输现象。 我们使用一种不结构的网状控制量方法, 对照衍生的二层问题的半分析解决方案来验证模型。 然后, 这个通用的运输模型用于对各种二维异源多孔介质进行计算同质化。 我们工作的一个关键贡献是扩展古典同质化理论, 以适应新框架, 并显示一旦细胞问题达到微微缩尺度的稳定状态, 就可以计算出有效的 diffusiversion Exor 。 我们通过一系列众所周知的测试问题来验证二进制介质的理论, 然后对包含显示分子放松( 模量) 效应的媒体进行调查。 最后, 我们应用通用的运输模型来估计从环境扫描电子显微镜( emerc) 图像中获取的电磁共振成像( ESpruce) 和 Austrialwood 图像( Emeral) ) 。 我们的记忆中一个压压压变的模型,, 和正压的记忆中, 定的记忆的模型的压是稳定的缩,, 的压压压压的压是。

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