多孔固體骨架形成的空間孔隙中的多相或者單相介質構成了多孔介質。砂石、沙、 土壤、人體的肝臟等是天然的多孔介質；而像活性炭、過濾器、玻璃纖維、催化劑是人 造多孔介質。多孔介質的有效空隙是指相互連通的孔隙，流體可以順利通過，但是有些 多孔介質中存在死端空隙，孔隙是不連通的或者連通但是流體難以通過。按照孔隙大小 劃分，多孔介質分為三類。一是分子間隙：空隙空間非常小，不能忽略流體分子和固體 分子之間的作用力；二是洞穴：空隙充分大，孔隙壁決定流體在多孔介質中流動；三是 孔隙：介于分子間隙與洞穴兩者之間。
分子水平、微觀水平、宏觀水平是研究多孔介質傳輸問題的三種基本研究方法，由 于分子水平和微觀水平在建立數學方程、描述和求解的過程十分困難或者不能實現，宏 觀水平得到了廣泛推廣。宏觀水平同樣采用連續介質理論，與其他兩者不同的是表征體 元是控制體[1]。在研究分析多孔介質的流動與傳熱時，通常會劃分單相系統和多相系統。 單相系統即單相流體，多孔介質的空隙內只存在一種流體（單一的或者幾種物質完全相 溶的流體）。多相系統即多孔介質內存在兩種或者兩種以上不完全相溶的流體。根據多 孔介質飽和與否，分飽和多孔介質與非飽和多孔介質。飽和多孔介質包括充滿液體的濕 飽和多孔介質和純蒸汽的干飽和多孔介質，非飽和多孔介質空隙中存在液體和蒸汽兩種 形式[1-2]。
多孔介質流動與傳熱現象普遍存在于工業、農業生產過程中，涉及許多研究領域和 學科，與人類的生活息息相關，多孔介質己經在很多領域取得了應用：污染物在多孔介 質中的遷移擴散、農產品的干燥、多孔介質強化傳熱傳質、提高聚合物溶液在多孔介質 中驅油效率、火災消防、燃料電池中的電化學反應等。其中農產品的干燥主要側重于水 分在多孔介質中的質量傳遞；提高驅油效率主要研究多孔介質中流體的流動規律[3]。
初始研究多孔介質的流動采用的是Darcy定律，但是該定律適用于流速較小或者低 Re數[1]。針對多孔介質較高流速或者Re數比較大的情況，加入加速度和慣性力對動量 的影響，提出了基于Darcy定律的修正模型并且被大多數研究所采用，如： Darcy-Forchheimer 模型^4"5]、Darcy-Brinkman 模型和 Darcy-Brinkman-Forchherimer 模型
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在對單相流在多孔介質中的研究，為了探索多孔介質在強化換熱方面的作用， 主要關注多孔介質骨架尺寸、流動阻力、溫度分布、骨架熱物理屬性等相關因素對換熱
和流動的影響。對于多相流[1()]在多孔介質中的研究，側重于多相流不同相態的相互轉換， 以及在受傳熱傳質驅動勢作用下各相體積分數的變化、分布情況以及這種變化對傳熱傳 質的影響，同時流動與換熱也是多相流關注的方向。
由于多孔介質本身的結構特點，其流動與傳熱比較復雜。牛頓粘滯定律可以用來描 述牛頓流體的剪切應力與剪切速率的流變特性，但是實際工程應用和自然界中，很多流 體屬于非牛頓流體，不服從牛頓粘滯定律，非牛頓流體的本構方程與牛頓流體有顯著區 別。非牛頓流體在多孔介質中的流動與傳熱過程涉及了很多領域，如水文地質、石油開 采、聚合物加工等過程。在溫度不變時牛頓流體的粘度始終保持為常數，而非牛頓流體 的粘度與剪切速率和剪切時間都有關系。時間獨立型、時間依賴性和粘彈性流體為非牛 頓流體的三大類[11]。其中冪律流體屬于時間獨立型，與其他非牛頓流體相比其流變本構 方程較為簡單，可以用7 =火/―1本構方程來描述，其中7為表觀粘度、尤為稠度系數、 r為剪切速率、》為流變特性指數。冪律型流體是工業中常常遇到的一種非牛頓流體。 冪律型非牛頓流體在多孔介質中的流動與傳質研究中較為常見。
雖然非牛頓流體在流變特性上與牛頓流體有比較大的差異，但是非牛頓流體在多孔 介質傳熱傳質方面的研究仍然是建立在牛頓流體在多孔介質中的傳熱傳質理論基礎、研 究方法和研究成果上的。用于描述牛頓流體在多孔介質中的動量守恒所使用的Darcy定 律或者Darcy修正模型同樣適用于非牛頓流體在多孔介質中的流動。
單相流[12]是非牛頓流體在多孔介質中的傳熱流動的主要研究對象，著重于研究非牛 頓流體的速度場、溫度場、壓力場等流動和換熱參數在多孔介質傳熱傳質過程中的分布 情況，分析非牛頓流體在多孔介質中的壓力損失與傳熱過程受流速、非牛頓流體流變特 性以及外界傳熱傳質邊界條件的影響。與牛頓流體類似，對于非牛頓流體多相流[13]在多 孔介質中的傳熱傳質同樣采用了相對滲透系數和各相的體積分數等數學模型。
大多數對于多孔介質的研究，選擇簡化模型，常常采用體積平均假設[14]。能量方程 方面，局部熱平衡模型[15]假設多孔介質內部某局部的流體和固體處于熱平衡狀態，固體 骨架和流體的溫度相等，能量方程是單一的。隨著研究的深入，局部非熱平衡模型[16_17] 被越來越多的研究者采用。局部非熱平衡模型認為流體和固體之間存在溫度差異，通過 引入體積對流換熱系數考慮流體和固體之間的對流換熱，用雙能量方程分別描述流體和 固體的能量守恒。
盡管非牛頓流體在石油開采、環境保護、化學工程、食品工程、地質災害預防、水 利工程等工程領域都得到廣泛的研究和應用，但是由于非牛頓流體在流變特性上與牛頓 流體存在較差異，所以非牛頓流體在多孔介質中的流動與傳熱傳質將有其自身的特點， 非牛頓流體的流變特性、真實多孔介質的結構參數對非牛頓流體在多孔介質的流動與傳 熱特性的影響值得深入研究和探索。