微孔结构中速度和压力分布的孔隙级 CFD 研究

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概述 多孔金属结构具有独特的高孔隙体积、高表面积和高杨氏模量的组合特性,广泛应用在与流体、热、压力波和机械冲击相互作用的材料中,适合作为各种工程和工业应用中的承重结构。典型的应用领域包含二氧化碳捕集和能量储存、过滤和减少废物、吸声、生物医学设备、能源(石油和天然气)和冶金加工。其他应用还包括如热交换器和吸声器的材料、水泥窑中的交换介质以及稠油和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术中的下一代筛管材料。 本项目提出了一种基于微观尺度层析成像数据的孔隙结构表征和计算流体动力学(CFD)的建模方法,并模拟了流体在“真实”和“自适应”多孔金属结构中的流动分布。深入理解流体从达西到惯性的流动形态,并证实孔隙结构相关参数与多孔介质流体流动特性的关系。 亮点 在 Simpleware ScanIP 重建真实结构、创建“自适应”结构、表征孔隙;在 Simpleware FE 生成高质量的网格模型;在 Simpleware FLOW 模拟多孔介质流体流动特性,研究其与孔隙结构相关参数的关系。 图像获取 使用蔡司 Xradia Versa XRM-500 三维 x 射线 CT 显微镜获取高多孔金属样品的断层扫描数据集,材料为 Inconel 450 μm、Inconel 1200 μm、Recemat RCM-NCX 1723、Recemat RCM-NCX 1116 和 Porvair 7PPI 泡沫。 在 Simpleware ScanIP 中将 2D 灰度层析成像数据集渲染成 3D 结构,从大型样品中心截取一个 6-12 倍于结构平均孔径的长方体代表性体积单元(RVE)。阈值大小也会对微观结构的拓扑及宏观参数产生影响,处理后的 3D 代表性体积与完整样品的孔隙率最小偏差仅为 ±2 %。 图1:通过 CT 扫描重建 Inconel […]