概述 硅铝颗粒基催化剂中孔隙结构对大尺度（约104 m）流体流动的影响对于了解其性能具有非常重要的意义。本项目采用多尺度层析成像（MT）方法获取催化剂颗粒从纳米到毫米尺度的图像。所用试样均在不同温度下烧结/煅烧。 将图像导入 Simpleware 软件中进行分析和分割，对纳米/微米结构中每种长度尺度划分网格。为研究不同孔径对流动的影响，在 ANSYS Fluent 中进行渗透率计算，使人们对催化剂的输运性质有新的认知。 亮点 由 XMT、DBFIB / FIBSEM 和 ET 获得不同长度尺度的三维数据将数据分割成二值化数据集使用 Simpleware FE 为每种长度尺度的复杂纳米/微米结构生成 CFD 网格在 ANSYS Fluent 中计算渗透率模拟与实验测试相结合，确定孔隙率对流动的影响 图像采集 将两种颗粒基催化剂挤压成三叶状颗粒，在不同温度下煅烧生成2个样品并扫描。采用同步辐射X射线三维成像（XMT）、双束聚焦离子层析成像术（DBFIB）和电子断层三维重构（ET）获得不同长度尺度的三维图像。 在3D层析成像重建后对数据进行处理，减少噪音和分割块体材料与空洞，从而得到一个二值化的数据集。对颗粒样品也进行了实验测量以确定渗透率。 图：不同层析技术下其典型体素长度尺度的表征 图像处理&网格化 为模拟流经催化剂颗粒的渗透率，使用 MATLAB® 镜像层析体积，结合 Simpleware ScanIP 和 Simpleware FE 将每种长度尺度的纳米/微米结构转换为体积网格。利用填充工具选择感兴趣区域，流体边界界面处的网格划分要比块体精细，并在网格的上下游方向添加缓冲区以便导出至 ANSYS Fluent 为渗透率的 CFD 分析做好准备。将较精细长度尺度的模拟结果输入到下一个长度尺度的结构中，直至模拟考虑了催化剂中的所有相关尺度。 图：Simpleware FE中S2催化剂颗粒（红色孔隙）微观结构的多部分网格划分 模拟&结果 分析证实：与在较高温度下烧结的催化剂相比，经过较低温度烧结的催化剂颗粒是如何产生更大、更开放且具有更好连通性的孔隙结构。 存在更开放的孔隙结构使得活性位点间的渗透性和流动性更好，从而增强催化剂性能。因此，通过 MT 获得不同长度尺度孔隙结构的流体流动研究为未来催化剂性能的定制化和改进其他能源材料的广泛应用提供了基础。 图：跨长度尺度的孔隙率示例：将体积A的渗透率（K）融入体积B的主体

概述 基于图像的建模可用于分析通过多孔介质的传质现象，特别适用于储层岩石孔隙-喉道网络。这些分析的目的是为提高我们对流体通过可变孔隙尺度运动方式的理解和表征。 本项目使用真实结构的 micro-CT 图像数据，在 Simpleware 软件中进行可视化和处理，生成网格化的3D模型，然后将其导出至 COMSOL Multiphysics®中研究化学输运机制。 亮点 从开源库中获取真实岩石结构的 micro-CT 数据在 Simpleware ScanIP 中进行图像处理和分割在 Simpleware FE 中为孔隙结构生成高质量的多相网格在 COMSOL Multiphysics 中进行孔隙尺度化学输运模拟 图像处理 使用帝国理工学院孔隙尺度模型（PERM）联盟提供的开源岩石 CT 图像库中的 micro-CT 数据，获得孔隙空间和微观结构的 RAW 图像文件。在 Simpleware ScanIP 中将图像数据转换为基于 3D 体素的几何结构，为网格划分做准备。由于 CT 扫描通常会产生噪音，此步骤的处理极其复杂。为了渲染构造良好的岩石和孔隙相，在 ScanIP 软件中使用了一系列的视觉滤波器和图像处理技术。 图：Simpleware ScanIP中micro-CT数据的可视化和分割 利用 Simpleware FE 模块为多相流模型生成非常稳健的 CFD 网格，并直接导出至 COMSOL Multiphysics。 图：使用Simpleware FE模块生成网格化的多孔结构模型 然后将网格化的多孔介质模型导入商用偏微分方程（PDE）求解器 COMSOL Multiphysics® 中求解 […]