驱替和溶解在日常生活和工业生产中十分常见，是油气开采、药物输运、碳 封存、海水淡化等领域中的瓶颈问题。在石油开采中，常采用酸化来增加油气产 量。酸化涉及两个关键步骤：注入酸液溶解岩石，改善储层渗透性；注入驱油剂 驱替石油，提高能源采收率。本文针对孔径分布影响下的驱替模式和流动溶解耦 合下的孔隙演化两个关键科学问题，采用实验和理论相结合的方式开展了研究。 在实验上，将光刻技术和微流控技术结合，制作了一批可溶解的多孔介质材料， 其中的孔径分布可以调控；同时结合高清CMOS 相机和图像处理技术，发展了 一种多孔介质溶解过程中测量流场和浓度场的非接触方法。在理论上，从孔隙尺 度弯液面行为以及作用力的相互竞争两个方面，推导了压力平衡方程，凝练出了 临界毛细数用以预测驱替模式的转变；同时，综合考虑了流动和溶解的耦合作用， 推导了孔隙率演化方程。本文的主要研究内容及研究成果如下： 孔径分布的无序程度影响了毛细力和黏性力相互竞争，导致了驱替过程中界 面失稳模式存在差异。根据分形维数和驱替饱和度，将实验结果划分为四种驱替 模式。通过孔隙尺度下弯液面的行为，阐明了不同驱替模式间的差异。综合考虑 了孔径分布无序程度、润湿性和注入速率对驱替中界面行为的影响，给出了临界 毛细数，并绘制了相关相图，可用来预测驱替模式间的转变。 孔径分布的无序程度影响了溶解和流动的相互竞争，导致了溶解动力学过程 存在差异。结合微流控技术和图像处理技术，在实验上系统的探究了孔径分布对 多孔介质溶解过程的影响。在不同孔径分布和注入速率下，观测到了四种溶解形 貌，阐明了孔径分布无序程度对溶解过程的影响。结合流场、浓度场观测方法， 揭示了多孔介质的溶解过程受到溶液流动和物质溶解的耦合作用。综合考虑了注 入速率和孔径分布，建立了可以预测和调控溶解过程中多孔介质演化的理论模型。 针对多孔介质内驱替和溶解过程，聚焦孔径分布和注入速率这两个变量，进 行了大量实验，阐明了孔径分布对驱替模式的影响，绘制了驱替模式转变相图， 揭示了流动溶解耦合下的孔隙演化规律，建立了多孔介质演化模型，用于预测和 调控驱替以及酸蚀过程，期望能够从理论上指导能源开采领域，提高石油的采收 率，助力国家能源重大需求。