基于图象处理和傅里叶变换的三维多孔介质重构方法

本文基于傅里叶变换的截断高斯场方法的理论,通过从实际多孔介质二维切片的二元化图像中提取孔隙率和自相关函数来构造整个三维多孔结构.模拟结果显示通过傅里叶变换技术得到的随机过程确实满足高斯分布,且构造出的三维多孔结构的统计特性基本与二维切片类似,说明了该技术能够构造出符合要求的三维多孔介质,从而为进一步从孔隙尺度研究其内部传热传质过程奠定了基础.     

使用条件生成对抗网络生成预定导热率多孔介质

多孔介质在工程领域中的应用非常广泛,其中有效导热率和孔隙率为多孔介质材料非常重要的性质,得到一个符合需要的有效导热率和孔隙率的多孔介质材料具有重要意义.本文使用四参数随机生成方法制作了训练数据集,搭建了一个条件生成对抗网络(CGAN),使用预定的有效导热率和孔隙率作为输入,生成一个满足输入条件的多孔介质结构.特别地,由于多孔介质的孔隙结构分布对材料的有效导热率影响巨大,提出局部结构损失函数参与网络训练,使得网络更好地学习到孔隙分布与导热率之前的关系.通过使用格子Boltzmann方法验证神经网络生成的多孔介质结构的有效导热率,结果表明该方法能够快速且准确地生成预定参数的多孔介质结构.     

分形多孔介质中流体流动的LBM模拟

基于分形理论构造了规则Sierpinski地毯结构来模拟多孔介质孔隙结构,采用Lattice Boltzmann Method(LBM)分别对不同孔隙率与进出口压差下的分形多孔介质中的流体流动进行了数值模拟.结果表明,分形多孔介质的某些流场结构也具有分形特征;体积流量和流场进出口压差呈线性关系,符合Darcy定律;流体穿过分形多孔介质的体积流量与孔隙率成指数函数关系.     

随机四参数法生成多孔介质及渗流模拟

本文基于多孔介质内流动的广泛应用背景,模拟了多孔介质渗流。采用随机四参数生长法生成了多孔介质模型,并对模型中的微小固相进行了过滤处理。将随机四参数生长法生成的多孔介质结合格子玻尔兹曼方法D2Q9模型模拟了压力驱动的多孔介质中的渗流。通过将模拟结果与著名的CK理论公式的计算结果进行比较,发现在孔隙率高时误差较小(φ=0.9时,误差约为6%)。研究表明在高孔隙率时采用文中的方法得到的多孔介质渗透率及孔隙尺度的流动结果较为准确。     

多孔介质中液体喷雾燃烧的实验研究

本文通过自行研制的多孔介质燃烧实验系统,研究了液体燃料在热多孔介质中的燃烧可行性及其燃烧特性.燃烧系统包括燃烧室、供气系统、供油系统和测量系统等,该系统分别以气体和液体作为燃料,先通过多孔介质内的预混合燃烧对多孔介质固相进行预热,然后喷入液体燃料,实现燃烧,实验证实了液体燃料在热多孔介质内汽化及自维持燃烧的可行性,并讨论了空气量和喷油量等对燃烧室温度的影响.     

管内层流充分发展段等效热边界层的构造及其场协同分析

本文采用数值计算方法分析了圆管中部分填充多孔介质时在充分发展段的流动与传热特征,并运用场协同原理分析了其强化传热机理.结果表明,采用部分填充多孔介质的方法可以在管内流动充分发展段构造等效热边界层;选择高热导率、高孔隙率的多孔介质以及合理的多孔介质填充率,可以显著强化换热而不引起流动阻力的过度增加.与传统的在流体边界区域采取传热强化措施不同,此时,主要是在流动的中心区域采取传热强化措施.计算表明,性能评价指标PEC数可达6,因此,本文方法对于高效、低阻换热器的设计有一定的借鉴意义.     

多孔介质模型在管壳式换热器数值模拟中的应用

本文详细讨论了多孔介质模型在管壳式换热器数值模拟中的应用,开发了一套能自动生成多孔介质特性参数的通用程序。该程序主要基于三维交错网格及SIMPLE算法,然后运用该模型,采用改进的κ-ε模型和壁面函数法,对换热器壳侧的湍流流动进行了数值模拟。计算结果与换热器冷态实验结果符合良好,表明该模型和计算方法是切实可行的。     

多孔介质中卡森流体的分形分析

研究了非牛顿流体中的卡森流体在多孔介质中的流动特性.基于服从分形分布的弯曲毛细管束模型,运用分形几何理论推导出了该流体在多孔介质中流动的流量、流速、启动压力梯度和有效渗透率的分形解析解.模型中的每一个参数都有明确的物理意义,它将卡森流体在多孔介质中的流动特性与多孔介质的微结构参数有机联系起来.文中给出了卡森流体的流速、启动压力梯度和有效渗透率随着各影响因素的变化趋势,并进行了讨论.所得分形模型可以更深刻地理解卡森流体在多孔介质中流动的内在物理机理. 关键词： 多孔介质 卡森流体 分形     

微多孔介质非牛顿流体格子Boltzmann模拟

根据修正Blake-Kozeny方程对Herschel-Bulkley模型的非牛顿流体在微多孔介质中流动的定量描述,通过增加外力项建立了非牛顿流体在宏观多孔介质中的格子Boltzmann模型,并将该模型应用到平板多孔介质中非牛顿流体的电渗驱动流模拟。对多孔介质渗透性参数和非牛顿流体流变性参数的影响进行模拟和分析,获得了各种参数对多孔介质中非牛顿流体流动速度的影响规律。     

多孔介质中基质和微生物耦合输运问题的三次样条分析

本文用三次样条和全隐式逐次迭代方法,对描述多孔介质中基质-微生物耦合输运微分方程组进行数值计算,结果表明:数值求解这种具一定对流优势的非线性扩散方程,该计算方案是可行的,且获得了良好的结果。通过数值分析,对微生物在多孔介质中的传输行为有了个大概的了解,还探明了各参数对耦合系统的影响作用。     

利用多松弛格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率

多孔介质内的流动问题在工程热物理领域有着重要的研究价值和应用背景。本文利用多松弛格子Boltzmann方法详细预测了两种二维多孔介质中的渗透率。研究结果表明:一方面,多松弛模型可以用来克服由单松弛模型带来的一些不足;另一方面,借助于达西定律,多松弛模型可以准确预测多孔介质的渗透率,并将计算结果与已有文献做了对比。     

多孔介质内受迫对流凝结时两相共存区的非达西模型

本文提出多孔介质内受迫对流凝结时两相共存区的二维非达西流模型。分析了蒸气在多孔介质内沿水平平板和填充国管内受迫对流凝结时两相共存区的厚度。假定局部平衡和暂先假设蒸气为理想气体，化简了能量方程。     

Direct measurement of porous media local hydrodynamical permeability using gas MRI.

The concept of hydraulic permeability is at the core of modeling single phase or multi-phase flow in heterogeneous porous media, as it is the spatial distribution of the permeability that primarily governs the behavior of fluid flow in the medium. To date, the modeling of fluid flow in porous media has been hampered by poor estimates of local permeability. Magnetic Resonance Imaging is well known for its ability to measure non-invasively the local density and flow rate of different fluids saturating porous media [1,2]. In this paper we demonstrate the first non-invasive method for the direct measurement of a single projection of the local permeability tensor of a porous medium using gas-phase MRI. The potential for three-dimensional imaging of the medium permeability is also discussed. The limitations of the method are listed and results are presented in a model porous medium as well as in a real oil reservoir rock.     

表征体元尺度渗流的离散统一动理学格式

结合表征体元尺度的通用渗流模型,提出离散统一动理学格式（DUGKS）渗流方法,分别用均匀网格和非均匀网格计算二维Poiseuille、Couette、方腔流等经典渗流问题,检验DUGKS渗流方法的有效性和非均匀网格应用的优势,将DUGKS渗流方法应用到裂缝系统中.     

多孔介质内溶解与沉淀过程的格子Boltzmann方法模拟

本文采用格子Boltzmann方法模拟了多孔介质内的溶解和沉淀现象, 并分析了雷诺数、施密特数、达姆科勒数对多孔介质孔隙结构及浓度分布的影响. 结果表明: 对于多孔介质内的溶解(沉淀)过程, 当雷诺数越大时, 孔隙率越大(小), 平均浓度值越小(大); 当达姆科勒数或施密特数较小时, 溶解和沉淀过程均受反应控制, 此时反应在多孔介质的固体表面较为均匀的发生; 当达姆科勒数或施密特数较大时, 溶解和沉淀过程均受扩散控制, 此时反应主要发生在上游及大孔隙区域.     

基于相场方法的孔隙尺度油水两相流体流动模拟

基于真实岩心颗粒粒径分布，利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型，利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解，研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明：驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数，进而有利于采出程度的提高；就润湿性而言，水湿条件下毛管力是水驱油的动力，而在油湿条件下是阻力，因此水湿岩心采出程度更高.同时，从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示，结果表明：由于多孔介质的复杂孔隙结构，流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征，进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.     

Lattice Boltzmann method on quadtree grids for simulating fluid flow through porous media: A new automatic algorithm

During the past two decades, the lattice Boltzmann (LB) method has been introduced as a class of computational fluid dynamic methods for fluid flow simulations. In this method, instead of solving the Navier Stocks equation, the Boltzmann equation is solved to simulate the flow of a fluid. This method was originally developed based on uniform grids. However, in order to model complex geometries such as porous media, it can be very slow in comparison with other techniques such as finite differences and finite elements. To eliminate this limitation, a number of studies have aimed to formulate the lattice Boltzmann on the unstructured grids. This paper deals with simulating fluid flow through a synthetic porous medium using the LB method and on the quadtree grid structure. To this end, the LB method was used on nonuniform grids coupled with a technique for image reconstruction which resulted in the quadtree grids for simulation of fluid flow through porous media. Accuracy and efficiency of this algorithm is compared against the conventional LB method based on uniform grids. While the decrease in computational time in the proposed LB method on nonuniform grids is found to be significant regarding the size of the initial and reconstructed images, the same level of accuracy is obtained when compared with the conventional LB method on uniform grids.     

基于分形理论的多孔介质导热系数研究

本文根据分形理论,对多孔介质几何结构进行了描述,计算出了不同孔隙率多孔介质简化模型的剖面面积分布分形维数d,并利用分形维数结合土壤导热模型推出了土壤的有效导热系数表达式,计算结果表明,该方法是符合客观实际的．