【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石溶蚀试验方法，具体涉及一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法及终端。
技术介绍
1、随着岛礁建设的大力发展，礁灰岩作为主要的工程建设材料，其稳定性对岛礁工程的可靠性产生严重影响。由于礁灰岩的主要成分为碳酸钙，大气中二氧化碳含量的上升导致海洋中二氧化碳分压的增加，引发海洋酸化，直接影响海水的 ph 值。海水的酸化将会对礁灰岩产生侵蚀作用。为了深入了解礁灰岩性能特征，需首先对其溶蚀特征展开研究。
2、以往的研究往往着重于宏观力学试验和现场实验方面，溶蚀方面主要关于找出碳酸盐岩溶蚀量与温度和压力之间的关系，并获取各种表面反应位点与实验观察到的时空速率方差之间的定量关系。对细观礁灰岩溶蚀过程研究较少，忽略了礁灰岩内部孔洞裂缝发达、孔隙结构复杂特征。
3、目前常用的网格移动方法在进行溶蚀模拟时存在一个问题，随着溶蚀的进行，颗粒逐渐变小，导致生成用于模拟的网格变得越来越困难。颗粒的减小使得网格容易发生畸变，进而导致模拟的收敛性降低。考虑到礁灰岩的多孔介质性质，内部孔洞形状和尺寸各不相同，溶蚀过程中存在大量的枝丫发生溶蚀断裂或消失。此外，由于礁灰岩丰富的孔隙结构，需要大量的网格进行划分以准确地描述溶蚀过程，增加了计算成本。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，以解决现有的数值模拟，收敛困难的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，
3、步骤s1：对进行了切割处理的礁灰岩试块进行整体扫描；
4、步骤s2：对扫描结果进行可视化分析，获取所述礁灰岩试块的二维切面形貌图；
5、步骤s3：在所述二维切面形貌图上绘制礁灰岩在碳酸溶液中的位置图，并通过有限元图像处理得到图像位置函数；
6、步骤s4：基于所述图像位置函数，确定水平集初始溶液中的固相与液相初始位置；
7、步骤s5：在溶蚀过程中，设置水平集中溶液与礁灰岩反应界面处溶蚀速率相关的边界移动速度，并将固相和液相的边界信息进行传递；
8、步骤s6：基于步骤s5中的传递过程，构建化学反应和物质传递模型。
9、优选地，步骤s1中进行整体扫描的方法包括以下步骤：对进行了切割处理的礁灰岩试块使用高精度的ct扫描整体，得出其内部孔隙结构分布。
10、优选地，步骤s2包括以下步骤：使用成像数据分析软件，对ct扫描的整体礁灰岩进行可视化分析，并将其进行切割，然后通过灰度处理和二值化处理获取试块二维切面形貌图。
11、优选地，步骤s3中所述图像位置函数用插值函数表示为：
12、；
13、式中，表示相所在位置坐标点集合。
14、优选地，步骤s4包括以下步骤：将图像位置函数用于两相流水平集函数中分别指定计算域中固相与液相初始位置，表达式为：
15、；
16、；
17、式中，是水平集相变量，若代表流体相，则表示固体相，表示速度场，表示重新初始化参数，表示界面厚度控制参数，表示时间。
18、优选地，步骤s5的表达式为：
19、；
20、；
21、式中，表示礁灰岩的摩尔体积，表示礁灰岩溶蚀反应速率，、和表示礁灰岩与溶液中的[]、以及反应的反应常数，、和代表物质的活度，即，表示物质的活性系数，表示物质浓度，表示溶液饱和度。
22、优选地，步骤s6中，所述化学反应和物质传递模型的表达式为：
23、；
24、式中，表示浓度，是物质扩散系数，是浓度梯度，是物质反应速率。
25、本专利技术还提供了一种终端，包括存储器和处理器；
26、所述存储器，用于存储计算机程序及多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法；
27、所述处理器，用于执行所述计算机程序及多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，以实现上述的方法。
28、本专利技术还提供一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使处理器执行时实现上述的方法。
29、本专利技术的有益效果至少包括：水平集方法是一种用于界面追踪和形状建模的数值技术，可以方便的追踪物体的拓扑结构改变。此外，图像处理技术生成计算域图像函数，可大大减少模型几何网格划，提升计算效率。结合二者优势，可对真实礁灰岩多孔介质结构溶蚀过程进行研究，有助于了解礁灰岩的溶蚀机理，减少由于溶蚀作用导致的岛礁工程地面塌陷或溶蚀崩塌风险。
30、通过图像处理可导入任意复杂形状礁灰岩结构，避免了几何结构直接导入模型时由于存在较小单元格引起的网格划分困难，减少网格划分数量，提升计算成本。同时，使用水平集界面追踪方法可以避免在使用动网格方法时不能很好地处理网格畸变问题，即多孔介质礁灰岩由于溶蚀原来是固体的位置由液体进行补充产生的网格变形较大导致的收敛问题。可用于研究溶蚀后溶液中离子浓度变化趋势以及礁灰岩中孔隙溶蚀发育变化过程。
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1.一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤S1中进行整体扫描的方法包括以下步骤：对进行了切割处理的礁灰岩试块使用高精度的CT扫描整体，得出其内部孔隙结构分布。
3.根据权利要求2所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤S2包括以下步骤：使用成像数据分析软件，对CT扫描的整体礁灰岩进行可视化分析，并将其进行切割，然后通过灰度处理和二值化处理获取试块二维切面形貌图。
4.根据权利要求1所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤S3中所述图像位置函数用插值函数表示为：
5.根据权利要求4所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤S4包括以下步骤：将图像位置函数用于两相流水平集函数中分别指定计算域中固相与液相初始位置，表达式为：
6.根据权利要求5所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤S5
7.根据权利要求6所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤S6中，所述化学反应和物质传递模型的表达式为：
8.一种终端，其特征在于：包括存储器和处理器；
9.一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1至7任意一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤s1中进行整体扫描的方法包括以下步骤：对进行了切割处理的礁灰岩试块使用高精度的ct扫描整体，得出其内部孔隙结构分布。
3.根据权利要求2所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤s2包括以下步骤：使用成像数据分析软件，对ct扫描的整体礁灰岩进行可视化分析，并将其进行切割，然后通过灰度处理和二值化处理获取试块二维切面形貌图。
4.根据权利要求1所述的一种多孔介质礁灰岩溶蚀过程的有限元模型构建方法，其特征在于：步骤s3中所述图像位置函数用插值函数...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐东升，章珊珊，秦月，吉柏锋，范小春，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：
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