通过基于 X 射线 Micro CT 图像的三维孔隙模型对硬化水泥浆体电阻率进行数值评估

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概述 耐腐蚀性能对于钢筋混凝土结构的耐久性至关重要。特别地,抗氯离子侵蚀性能主要与保护混凝土的电阻率(ER)有关。计算电阻率时要考虑的电导池常数由理论获得,在大多数情况下为 2πa,但应根据测试条件进行修改。本研究基于 X 射线Micro CT图像创建三维孔隙模型,模拟多孔水泥基体中连通孔隙内离子传导引起的电流流动,并将数值模拟评估与传统 Wenner 法测量结果进行比较。 实验 圆柱形混凝土试样直径 100 mm,高 200 mm,水灰比为 0.65。使用比重为 3.16 g/cm3 的普通硅酸盐水泥,在 20°C 的室温下养护 28 天。对尺寸为 2 mm 的硬化水泥浆体小试样进行 X 射线 CT 扫描。 表1:混凝土拌合物的配合比 在测试试样前,将其浸入水箱并在真空条件下完全饱和。采用 Wenner 四极法测量电阻率,考虑到修正电导池常数取决于试样的几何形状,将电阻率的结果转换为材料特性。通过阿基米德法测量混凝土试样的孔隙率,使用压汞法测量小试样的孔隙率。 模拟 将 CT 扫描获得的图像数据导入 Simpleware 软件,基于阈值分割为硬化水泥浆体和孔隙两个区域,分界线根据压汞法和阿基米德法测得的孔隙率确定。 图1:灰度像素值直方图和 3D 孔隙结构模型 在 Simpleware FE 模块生成高质量的四面体网格模型,导出至 COMSOL 软件进行数值模拟。在 X 方向施加电位差,计算 X 方向每个平面上观察到电流密度的面积分,从而得到流过多孔介质的平均电流 I。绝缘平面的边界条件设定为诺伊曼条件,根据稳态模拟结果可根据电位 V 和电流 I 得到电阻率 R。 为确认结果各向同性的一致性,在 X、Y、Z 方向上均进行计算。值得注意的是,液相中的电导率很大程度上取决于孔隙溶液中的离子浓度和迁移率,满足电中性的要求。电流通过离子传导在硬化混凝土中流动,在模拟中假设其是完全饱和的。 […]

脆性岩石试样断裂过程区及宏观疲劳裂纹行为研究

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概述 当材料在任意荷载作用下出现应力引起的新裂纹时,材料的应力状态会发生显著变化,应力的重分布将导致脆性岩石材料中原有裂纹发生扩展、钝化或改向,对材料的强度产生影响。由于循环加载和疲劳效应,在较小荷载作用下脆性材料就可能发生破坏,这种破坏属于材料的“疲劳”破坏。地铁隧道边墙、大坝、巷道顶板、桥梁和路基等在循环/重复荷载作用下均可能发生劣化。 损伤力学研究一般关注水平和竖直变形/应变,而这些变形是微/纳裂纹形成和扩展的结果。本研究结合试验与扫描电子显微镜(SEM)、计算机层析成像(CT)技术对断裂过程区(FPZ)进行观察和分析,探索断裂韧度(KIC)与循环载荷的关系。 试验和模拟 按照 ISRM 标准开展巴西圆盘试验和断裂韧度试验,在静力和重复加载测试下均重复 5 次。用于巴西圆盘试验的岩石试样为凝灰岩。岩石试样的单轴抗压强度(UCS)为 123 MPa,巴西圆盘试样直径为 51 mm。V 型切槽巴西圆盘(CCNBD)试样中存在切槽裂纹,适用于各种断裂型加载。 图1:CCNBD 试样及其几何参数 开展采用径向间接拉伸应力的重复加载试验,正弦加载试验中荷载频率为 1 Hz。正弦循环加载试验从约 2/3 材料抗拉强度的高应力水平开始,然后将施加荷载降低约 10% 直到试样在较低应力水平下不再断裂,此时的应力水平称为试样的疲劳极限。 数值模拟中的非均质性采用扩展有限元法(XFEM)和 Simpleware 软件实现。将 CT 图像数据导入 Simpleware 软件进行图像处理,量化测试样本中 FPZ 的微断裂体积/面积,生成高质量的网格模型用于 ABAQUS 软件中的数值模拟。 结果与讨论 在线弹性断裂力学(LEFM)理论中,裂纹尖端应力情况可由3 种常见的断裂状态表征,对应为 I 型(拉伸应力)、II 型(剪切应力)和III 型(撕裂应力)裂纹扩展模式。材料的断裂模式属于上述哪种取决于裂纹几何形态及表面位移。I 型断裂条件下,由裂纹尖端开始,裂纹表面预计产生一个开口;II 型断裂条件下,裂纹面产生面内滑移;III 型断裂条件下,由于裂纹面外剪切作用,裂纹面垂直于裂纹轴线移动。 拉伸强度和断裂韧度 取 5 个试样测试结果的平均值,得到静态巴西拉伸强度为 11 MPa,静态 I 型(拉伸)断裂韧度为 1.48 MPa·m1/2。巴西圆盘试样和 CCNBD […]

通过基于 Micro-CT 重建的孔隙尺度模型和数值模拟研究泡沫混凝土的渗透特性

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概述 泡沫混凝土主要由水泥浆和使用配制泡沫或专业化学发泡剂产生的较大体积气孔组成,较高的流动性、隔热性、能量吸收以及承受大变形的能力使其在土木工程中越来越受到关注。在大多数的应用中,泡沫混凝土的耐久性是一个不可避免的问题,而渗透性是决定长期耐用性的重要材料特性之一。 本项目提出了一种结合基于 X 射线显微计算机断层扫描(Micro-CT)图像重建技术和 Simpleware 软件研究泡沫混凝土渗透特性的方法。通过 3D 孔隙尺度结构模型讨论影响泡沫混凝土渗透性的主要因素,进一步分析边界条件对渗透率计算结果的影响。 试样制备 泡沫混凝土由 #42.5 普通硅酸盐水泥(OPC)、商业复合发泡剂和自来水组成。设计不同的目标湿密度,水/水泥(w/c)比率恒定为 0.45。圆柱体试样高 70mm,直径为 50mm。 表1:制备试样的特性 图1:不同密度的泡沫混凝土 采用高性能 Micro-CT 扫描设备(Zeiss Xradia 410Versa, Pleasanton, California)对所有试样进行扫描,然后将图像数据导入 Simpleware ScanIP 进行图像处理。 图2:不同密度泡沫混凝土的 2D 切片视图和 3D 重建模型(a)M1(b)M2(c)M3 计算模拟 一般情况下,当模型尺寸比孔隙大 10 倍时,可以忽略尺寸的影响。泡沫混凝土中大部分孔隙的直径小于 1.5 mm。因此,为节省计算时间和资源,裁剪 15×15×15 mm 的立方体模型进行研究。同时考虑到模拟结果的可靠性,选取了三个不同位置的计算模型。 图3:不同密度泡沫混凝土的计算模型(a)M1(b)M2(c)M3 在 Simpleware FE 模块为计算模型生成高质量的四面体网格模型,网格粗糙度设置为 0,沿 Z 方向定义流体的入口压力 20 Pa和出口为开放边界。假设流体仅通过孔隙且不渗透水泥基体,设置侧壁为不渗透边界。在流固界面上施加无滑移条件,假设流体为水。在 Simpleware FLOW 模块进行渗透模拟,计算渗透率。 […]

真实干燥岩土计算机断层扫描的热导网络模型

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概述 热导率是核废料处理、电缆掩埋、农业和地热能等应用中的关键参数。在浅层地热能系统中,应最大限度地提高通过土壤和灌浆传递热量的速率。无论哪种方式,控制热导率的能力本质上依赖于对引起热流增加或减少的潜在现象的基本理解。对于(饱和)岩土材料,传输模式包括通过颗粒传导、颗粒间接触和间隙相,以及辐射和对流。虽然实验测量可以提供准确的热导率值,但通常无法获得有关这些传递模式的局部微观结构信息。为了解多孔颗粒材料为何表现出一定的热导性,需要获得微观尺度的结构、几何形状和连通性信息。 本研究提出了一种从真实干燥地质材料的高分辨率图像中提取热导网络模型(TCNM)的方法。为进一步证明实用性,分析了一系列具有不同颗粒形状复杂性的材料(包括玻璃珠、渥太华砂、棱角砂和片岩)对零横向应变应力的热响应。 试样 选取 5 种涵盖不同颗粒尺寸分布和颗粒形状的材料,进行显微计算机断层扫描。 表1:所用颗粒材料 玻璃珠试样包含由二氧化硅制成的近球形颗粒,渥太华砂和棱角砂主要由最常见的结晶二氧化硅组成:石英。为便于比较,对渥太华砂进行筛分,受长期侵蚀的渥太华砂比棱角砂颗粒更圆润、光滑。破碎的片岩试样具有最复杂的颗粒形状,由石英和长石矿物组成,其中至少 50% 是板状和细长形状。片岩 B 试样是一种特殊类型的变质岩,还含有云母。 图1:2D(水平)CT 切片(a)玻璃珠(b)渥太华砂(c)棱角砂(d)片岩 A(e)片岩 B 图像处理 使用网络模型表示颗粒和多孔介质的一个关键优势是能够离散地表示组成材料的孔隙、喉道、颗粒和颗粒间接触。使用 Otsu 分割方法将扫描获得的 μCT 图像数据分割为固体和空隙,然后执行分水岭算法。尽管合并了相邻的局部最小值,但在某些情况下也会错误将同一颗粒分离为两个区域。 图2:扫描获得 μCT 图像数据的分割过程(1)图像堆栈(2) 3D 重建(3)分割固体与空隙(4)运用分水岭算法将固体和空隙分别分割为单独的颗粒和孔隙(5)固体空间分水岭中的一些误差 热导网络模型 通过计算颗粒 ID、质心、体积以及与试样顶部和底部边界的相对位置对颗粒分水岭输出进行后处理。如果区域/颗粒与试样的顶部(或底部)边界相交,则该颗粒被识别为入口(或出口)颗粒(橙色点)。接触和临近接触的识别是构建热导网络模型的关键步骤,将直接影响网络架构和产生的热流。在这里,“临近接触”被定义为彼此非常接近的两个颗粒。 图3:热导网络模型(G-TCNM)通过将颗粒表示为节点和由颗粒临近或接触的边连接而构建。(1)G – TCNM的输入:重构灰度图像和两者分水岭(孔隙和颗粒)(2)分水岭图像前处理过程中计算参数和标识符的选择(3)G – TCNM 边缘加权的热导计算总结,区分了接触颗粒和临近颗粒。 标记每个颗粒与任何其他物体接壤的体素,检查邻近的 6 个体素(上、下、左、右、前、后)范围,称为边界体素。使用这种方法,1 到 2 个体素长度的(真实)颗粒间间隙可能会被错误地识别为接触,此类错误接触的热导将受到惩罚。为构建 G-TCNM 网络,每个颗粒首先要被分配一个节点。如果相应的颗粒接触或临近接触,则节点通过网络中的边(链接)连接。为计算通过所得网络的热导率,建立由 Batchelor 和 O’Brien 首创的圆形和球状颗粒组件及填料。 图4:(1)颗粒-孔隙或孔隙-颗粒的连接(橙色箭头),利用这些连接识别临近接触点(紫色虚线)(2)对于边界体素集合中的每个体素,间隙圆柱体的长度等于到另一侧边界体素的最小距离。 结果和讨论 G – TCNM与 FE 模拟和实验测量的比较 按照 […]

利用数字岩石计算有效物理性质的形态学变换策略

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概述 岩石是一种天然多孔介质,其结构中不仅包含岩石骨架,还有大量不规则的孔隙和孔隙流体。储层岩石的电学、力学和物理性质评价对于油气勘探具有重要意义。 基于 micro-CT 图像的数字岩心技术为岩石物理研究提供了新的途径,与传统实验相比也具有很多优势。利用三维数字岩心模型和多物理场模拟可以对岩石样品的有效物理性质进行数值评价。然而,在利用扫描图像进行数字岩心建模的过程中,存在各种影响岩石性质数值计算精度的因素,如形态学变换等。 应用于同一岩心样品的形态学变换策略会导致不同的孔隙率计算结果。研究表明,图像处理算法也会影响孔隙结构的重建,进而对样品的电学性质计算产生较大影响。本项目采用不同的形态学变换策略,对体素为 6003 的三维数字岩心模型进行研究。通过结合使用 Simpleware 和 COMSOL Multiphysics 软件,计算测量岩心模型的孔隙率和孔隙结构,模拟岩心模型的有效电学性质。 亮点 研究对象包含砂岩、页岩和碳酸盐岩在 Simpleware 中使用不同的形态变换方案为每个岩石生成多个微观结构在 COMSOL 中计算岩心模型的有效弹性模量和介电常数 数字岩心建模 获取图像数据 使用蔡司 Xradia 520CT 扫描设备对页岩、砂岩和碳酸盐岩样品进行扫描,它们的尺寸(8 mm)和孔隙度范围(4%-25%)均相同。页岩样品具有明显的层状结构,砂岩样品具有多种孔隙类型、孔径、形状和分布,而碳酸盐岩样品孔隙率小且孔隙结构简单。 图1:micro-CT 扫描样品的横截面:砂岩(左)、碳酸盐岩(中)和页岩(右) 图像处理和分割 扫描获得的灰度图像中存在着噪音,需要通过滤波器提高信噪比。将扫描图像导入 Simpleware 后,首先应用中值滤波器(Median filter)改善图像。为更好地区分孔隙和骨架,图像分割的阈值选择也非常重要。鉴于实测孔隙率已知,可以采用公式基于岩心孔隙率的最佳分割阈值进行分割。 基于图像的三维重建 理论上数字岩心尺寸越大,对岩石微观孔隙结构和宏观特征的表征就越准确。但这样对计算机资源和性能的要求很高。经多次测试发现,当数字岩心尺寸为600 × 600 ×6 00 体素时,物理性能(如孔隙率、弹性模量等)受到的影响最小。因此,本研究选择此尺寸作为代表单元的体积。 在 Simpleware ScanIP 中对图像进行重建、处理和分割后,应用不同的形态学变换策略:ED 腐蚀和膨胀,OC 打开和闭合,SC 平滑滤波器和孔洞填充,FI 填充间隙和孤岛移除。在 Simpleware FE 中对处理过的模型进行网格划分,生成高质量的网格模型并导入 COMSOL 中进行仿真。 图2:形态学变换的结果 图3:数字岩心网格模型:孔隙(左)、骨架(中)、孔隙和骨架(右) 形态学变换对岩石性质的影响 孔隙率 不同形态学变换对岩石孔隙结构的敏感度不同。ED 和 OC 对连续性孔隙的影响更大,而 […]

基于三维数字模型的碳酸盐岩绝对渗透率的数值模拟与评估

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概述 盐下碳酸盐岩储层复杂的孔隙结构通常表现出多尺度非均质性,给理解流体流动动力学和生产优化带来巨大挑战。与岩心实验分析相结合的数字岩石物理技术已被广泛应用于研究和计算孔隙结构的物理性质和流体流动特征。本项目采用由 micro-CT 高分辨率图像获得的岩石多孔介质 3D 模型进行单相数值模拟,计算和评估盐下碳酸盐岩的绝对渗透率。 亮点 在 Simpleware 软件中基于 micro-CT 图像数据创建碳酸盐岩的三维模型并生成高质量的网格模型在 COMSOL 中进行单相流体流动模拟与实验常规岩心分析比较,评估预测的绝对渗透率 创建模型 碳酸盐岩样品来自巴西东北部的贝壳灰岩储层,是由沉积在高能湖相环境中的双壳类组成的颗粒岩,受多个成岩阶段的影响,形成了一个复杂的孔隙系统。选择三个露头岩心样品(PET-01、PET-02 和 PET-04))进行扫描,在 Simpleware 软件中重建岩石多孔介质的三维模型并生成网格模型,用于进一步的仿真。 图1:样品 PET-04(a)碳酸盐岩多孔介质三维模型创建过程(b)四面体网格模型 模拟 考虑到非均匀性和较高的计算成本,为减少网格模型中四面体单元的数量,进而缩减数值解收敛所需的计算量,本研究采用较为粗糙的网格。在 Simpleware 软件中对每个样品的不同感兴趣区域(ROI)在 0.6 到 4.9 cm3 范围内基于图像数据生成四面体网格。总孔隙度由孔隙系统体积和 ROI 在总体占比间的关系估算,有效孔隙率也通过选择连通孔隙结构的体积做类似推算。 图2:样品 PET-01 不同 ROI 基于图像生成的粗糙网格 为比较评价生成的网格,使用 Comsol 软件在多孔介质模型中进行单相流体流动的数值模拟,以收敛所需时间作为参考。假设流域场中的所有应变都与多孔介质有关,孔隙系统中的流体(液态水)具有恒定的温度和密度(模拟单相流体)、层流(斯托克斯流或蠕动流),并进行静态分析。数值模拟所需计算成本直接取决于 ROI 的自由度(DOF)和计算机硬件,考虑了阈值的变化和 ROI 体积,对预测的绝对渗透率进行评估。 结果 网格生成的预估时间与自定义精细化程度和 3D 模型结构的复杂性有关。对样品 PET-04 的 ROI 进行网格灵敏度研究。生成的粗糙网格包含 1,643,296 个四面体单元,精细网格有 7393,717 […]

利用孔隙尺度结构研究宏观土壤特性:Simpleware基于图像的孔隙弹性结构建模

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概述 重型机械造成的土壤压实会对土壤水力特性产生不利影响,并可能产生持续超过 15 年的影响。理解土壤力学性能的一个关键挑战是土壤本质上是多尺度的,其宏观孔隙弹性性能依赖于微观结构的精确细节。将这种微观尺度建模与宏观尺度联系起来是一个重要的挑战。 本项目采用均质化理论推导的由三个不同相组成的土壤孔隙弹性特性平均宏观模型,生成的方程通过一组在代表性几何上求解的单元问题进行参数化,可应用于大型结构变形的情况。同时还展示了如何利用结合 x 射线计算机断层扫描(X-CT)和基于图像建模的方法,比较不同初始条件下水分含量和压实对土壤宏观结构特性的影响。 亮点 推导由三个不同相组成的土壤孔隙弹性特性平均宏观模型在 Simpleware 软件中处理土壤图像并生成网格模型采用基于图像数据建模的方法研究不同初始条件下水分含量和压实对土壤宏观结构特性的影响为设计和优化土壤或其他多孔结构提供了新的见解 图像获取 土壤是在北威尔士某处地表收集的砂质饱和始成土,初筛至 5 mm 以下,在 23℃ 左右风干 2 天,然后再过筛至 0.6-1.18 mm。选取三种不同土壤条件的六个重复试样,共计 18 个样品。三种土壤分别是:高含水量的疏松土、高含水量的机械固结土和低含水量的机械固结土。采用瑞士同步辐射光源(SLS, Swiss Light Source)的 TOMCAT 光束线和 19 kV 单色光束条件对土壤进行扫描。 将扫描后的图像数据导入 Simpleware 软件,通过阈值工具分割出土壤中不同的相:固体矿物颗粒相、混合相(粘土颗粒和水)和充满空气的孔隙空间,应用分水岭算法分离粘连颗粒。 图1:不同土壤的原始CT图像和对应在Simpleware软件中的分割结果 平均模型 研究人员推导出土壤变形的平均孔隙弹性模型,可以从将 X-CT 获得的数据与土壤的宏观性质联系起来。步骤为:(1)对所涉及的相形成完整的微观描述;(2)推导没有明确考虑底层土壤几何形状每个细节的平均方程,参数通过具有代表性的土壤结构得出;(3)计算平均时考虑了微观和宏观尺度的压力和位移梯度。 图2:宏观尺度应变梯度引起的土体剪切变形示意图。箭头表示位移方向和相对大小,红色对应较大位移,蓝色对应较小位移。(a-c)为单个周期单元的位移;(d-f)四分之一结构的等效问题,即对称性降低;(a)和(d)是宏观位移;(b)和(e)是微观位移;(c)和(f)是总位移。 网格划分和模拟 在 Simpleware FE 模块直接对图像处理后的模型进行网格划分,采用的 FE-Free 算法可以最大限度地通过参数控制网格单元,同时最小化内存需求。为确保计算域包含足够大的体积代表土壤结构,考虑了一系列不同体积的网格。具体来说是边长为 100-400 的体素网格,对应为总边长为 0.16 mm 的最小网格和 0.64 mm […]

利用多孔介质和数字岩石研究孔隙尺度流动模拟的参考和基准

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概述 数字岩石物理(DRP)是一种快速发展的多学科工具,可用于计算岩石性质(如孔隙率、渗透率、地层因子、I-Sw 曲线、毛细管压力曲线和相对渗透率),并采用高分辨率图像(如 x 射线计算机断层扫描、扫描电子显微镜)表征微观结构。 在某些情况下,DRP 可以起到补充作用,取代实验室中相对缓慢且昂贵的测量和根据经验趋势获得模型的需求。此外,将岩心柱上的 DRP 工作流程与同一柱体上的物理测量相结合,可以在更大长度范围内实现更可靠、更详尽的地层评估和表征。本研究对包含理想化和异质化的不同微观结构进行图像处理,利用多种不同数值模拟方式计算渗透率并对结果进行比较。 图1:典型的 DRP 工作流程 亮点 采用 36 个包含理想化和异质化的微观结构使用 12 种不同的数值模拟方式计算渗透率对于比较各种数值模拟的速度和精度具有重要参考意义 理想化微观结构和数字岩石 在这项研究中,使用 36 个微观组织生成绝对(单相)不可压缩渗透率的数值参考,其中包含一组具有不同横截面形状、直径(固定值及其正弦变化)的管道结构,5个 2D 岩石结构,1 个球体填充结构和 5 个由 micro-CT 扫描获得的数字化 3D 岩石结构。这些结构的孔隙空间复杂程度不等,除球体填充 Sp.pa. 外,其余结构均为 10243 体素。选择这些样本是因为它们涵盖了可能遇到的组合和纹理的范围。 表1:微观结构名称、孔隙率、图像和体素大小 2D 管道:12 个结构内有一个与流动方向垂直的相同截面管道,截面形状分别为不同尺寸的圆、正方形、三角形、六角形;2D 正弦管道:12 个由以上形状沿流动方向呈正弦变化的三维结构; 图2:4 种不同的截面形状 图3:横截面为圆形及其沿流动方向正弦变化的三维结构图示 2D 混合:1 个结构内有一个与流动方向垂直的相同截面,截面为 4 个直径不同的圆形; 图4 2D 岩石:5 个由二维岩石结构沿流动方向延伸得到的三维结构; 图5 球体填充:1 个在 x、y、z 方向上都是一组相同球体的三维结构;3D 岩石:5 个硅质碎屑岩的三维数字岩石,分别来自 Berea(Rock 1 和 Rock […]

数字岩石:多孔介质中的多相流模型

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概述 数字岩石技术是基于孔隙尺度多相流的高端模拟,是分析评价枯竭井和生产井过程中的关键组成部分。数字岩石技术有助于优化原油产量,利用水、天然气、蒸汽、化学品或二氧化碳提高石油采收率。数字岩石密集的模拟关键成果包括相对渗透率、饱和度和润湿性。 开展这种高端模拟面临两方面的挑战:(1)清晰的多孔介质数字化;(2)在曲折的微尺度(10-40微米)岩石图案中求解多相流方程,考虑在非常低的毛细数流动条件(Ca~0.001-0.0001)下的润湿性。 亮点 数字岩石方法能够同时优化一次采油量和提高石油采收率(EOR) Simpleware软件能够从岩石样品的二维图像生成可用于模拟的网格模型 Pöyry公司的TransAT ©CFD软件可研究孔隙尺度的多相流动 砂岩样品的概念验证工作流程展示了该方法的高效 本次互补技术的协作为表征多孔介质开辟了新的可能性 概念验证工作流程 Simpleware软件基于数百万像素岩石样品数字化的独特网格划分技术与Pöyry公司的TransAT CFD相结合,成为专门针对毛细力驱动多流体流动的强大CFD工具。 此案例是关于石油经过Berea砂岩的流动研究。这个例子是作为前期的概念验证,带着这些想法,之后的工作内容和协作是为多相岩石的分割研究更多样的地质样本。该项目的工作流程如下: Simpleware网格划分工具为描述孔隙提供质量非常高的STL文件 然后将STL文件上传至TransAT 用户界面读取 Simpleware软件中的图像处理和STL文件导出 这个过程涉及将2D图像堆叠导入Simpleware ScanIP,之后使用中值滤波器去除图像噪声。利用软件的图像处理工具将数据裁剪成子样本,使用阈值工具选择孔隙,去除岛状物然后创建一个单一的连通区域,导出一个孔隙分割后严密的STL文件。 TransAT中的多相流模拟 利用IST网格技术,TransAT基于Simpleware的STL文件重构了CFD网格。在Pöyry HPC集群下运行TransAT多相混合模型的流动条件是: Berea砂岩,孔隙尺度~10微米 油气两相渗流,毛细数 = 0.001 网格大小 30 μm 网格 1283 入口流速 = 1 m/s 密度 = 1000 kg/m3 粘度 = 1 cP 使用Simpleware网格的TransAT模拟结果在下图中呈现,描述了沿岩石扫描方向压力场和油气前缘传播。这些结果与Simpleware软件的分析结果一致,即通过Simpleware FE模块进行网格划分,并由Simpleware FLOW模块计算绝对渗透率张量。 图:利用TransAT CFD得到在岩石孔隙中的油气前缘传播 结论 Simpleware软件和Pöyry AMS的联合工作流程展示了一种快速、准确的多孔介质建模和多相模拟方法的优点。值得注意的是此处讨论的Berea砂岩这一特殊案例,展示了深入了解油流的组合解决方案。鉴于这些工作流在石油生产和采油方面的巨大价值,这种高效的方法使得模拟孔隙尺度的多相流方法更易于在工业中应用。 更多信息 英文原文、致谢等信息请参考:https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/fluid-flow.html  

Simpleware 在数字岩石物理中的应用

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3D 图像处理和网格化软件 Simpleware 为数字岩石物理和岩石分型提供解决方案。使用 Simpleware 这款全面的 3D 图像处理软件,可轻松可视化、分割并量化扫描数据(CT、micro-CT、FIB-SEM……)。利用软件强大的网格化工具进行多孔介质分析和虚拟特殊岩心分析,导出多域模型至 FE 和 CFD 求解器。也可用于计算扫描样本的有效材料性质。 处理和量化图像数据 Simpleware能够可视化、分割图像并生成测量和统计数据,轻松表征扫描样本。 检查扫描图像的内部特征 使用转折点工具轻松分割并分析不同微粒 使用半自动分割工具识别目标区域(ROIs) 测量获得统计数据(孔隙率、裂纹、晶粒取向……) 导出用于 FE 和 CFD 的模型 使用 Simpleware 软件专利 FE 和 CFD 网格划分算法生成可用于 FE 和 CFD 求解器的仿真模型。 网格具有一致界面和共享节点 定义 FE 接触面、节点集和壳体 定义 CFD 边界条件 针对特定指标优化网格质量 直接导出至主流 FE 和 CFD 求解器 计算有效材料性质 这些模块 Simpleware SOLID(静态弹性性质)、Simpleware FLOW 模块(绝对渗透率)和Simpleware LAPLACE 模块(电导率/热导率、分子扩散率)可用于计算有效材料性质。通过软件易于使用的工作流程,量化扫描的岩石样本。 […]

 
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