System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法技术_技高网

一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法技术

技术编号:41112205 阅读:14 留言:0更新日期:2024-04-25 14:04
本发明专利技术公开了一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,包括:获取含固定级配的土体微观颗粒堆积结构;分割微观三维结构,获取微观结构孔隙分布信息;构建基于PFC离散元软件生成的土体微观结构的孔隙网络模型;根据准静态渗流算法与束缚算法模拟孔隙网络模型中的两相流驱替过程中的毛细压力‑饱和度曲线。本发明专利技术通过模拟生成含有固定级配的土体的随机颗粒堆积体三维图形,利用SNOW分割算法分割孔隙结构,构建孔隙网络模型进行毛细管压力计算,获取驱替全过程中毛细压力‑饱和度关系,通过束缚机制算法获得残余饱和度,可及时有效地计算毛细管压力曲线,随机生成的孔隙结构降低了图像获取的成本,节省了长期的室内试验的时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,属于环境岩土工程中的毛细管压力计算。


技术介绍

1、目前,我国能源、化工等行业污染尤为严重,产生大量有机污染物,集中分布在京津冀、长江经济带、粤港澳大湾区等沿海、沿江重点区块。此类有机污染物因在水中溶解度非常小被统称为非水相流体(nonaqueous phase liquids,napls),根据其密度与水密度的对比,又分为轻质非水相污染物(lnapls)和重质非水相污染物(dnapls)。这些dnapls包括但不限于氯化乙烯、四氯化碳、三氯乙烯等有机溶剂,它们具有挥发性和毒性,对地下水系统和生态环境造成潜在威胁。它们的运移行为复杂多变,受到多孔介质的物理和化学特性以及地下水流场的影响。准确描述和预测dnapls在地下水和土壤中的行为对于环境保护和污染治理至关重要。

2、毛细压力-饱和度-相对渗透率本构模型(k-s-p曲线)在研究dnapls在多孔介质中的迁移规律方面起着至关重要的作用。k-s-p曲线能够考虑多相流动的毛细压力作用、不同相之间相对渗透率变化,从而更准确地模拟和预测dnapls的迁移行为,对于制定有效的环境污染治理策略至关重要,以减少或阻止dnapls的进一步扩散和影响。

3、传统试验手段获取毛细压力曲线通常涉及繁琐的实验流程和较长的时间成本。此外,这些试验还可能受到实验条件的限制,难以完全模拟实际场景。另外,数值模拟方法虽然也可以用来估计毛细压力曲线,但常常受到土体微观结构的复杂性导致模拟计算非常复杂需要大量计算资源。

4、综上所述,现有的试验技术和数值模拟技术在获取毛细压力-饱和度-相对渗透率关系方面存在一些不足与局限性。因此,需要进一步研究和改进试验技术和数值模拟技术,提高毛细压力-饱和度-相对渗透率本构模型的精确性和可靠性。


技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,通过构建孔隙网络模型计算毛细管压力,提高了计算结果的精确性和可靠性。

2、本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案:

3、一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,包括如下步骤:

4、步骤1,模拟实际土体结构,构建与实际土体结构级配相同的土体微观颗粒堆积结构三维图形;

5、步骤2,将步骤1构建的三维图形转换成若干二维切片图片;

6、步骤3,利用snow算法将二维切片图片中的固体颗粒与孔隙区域进行分割,提取二维切片图片中的孔隙结构信息,构建球棒孔隙网络模型;

7、步骤4,通过准静态侵入渗流算法对步骤3构建的球棒孔隙网络模型进行非湿润相-湿润相两相流驱替计算,同时将束缚算法加入准静态侵入渗流算法中,得到非润湿相入侵孔隙后润湿相的水力束缚,即毛细管压力曲线。

8、作为本专利技术的一种优选方案,所述步骤1中,采用pfc离散元软件构建土体微观颗粒堆积结构三维图形,并将三维图形导出为vrml格式文件。

9、作为本专利技术的一种优选方案,所述步骤2中,利用avizo图像处理软件将三维图形转换成若干二维切片图片,并将二维切片图片保存为raw格式文件。

10、作为本专利技术的一种优选方案,所述步骤3中,球棒孔隙网络模型的结构信息包括孔隙、喉道、截面形状因子、孔隙半径、喉道半径、喉道长度、孔隙与喉道的位置、孔隙与喉道的连接关系。

11、作为本专利技术的一种优选方案,所述步骤4中,使用准静态侵入渗流算法对流动前方的孔喉进行排序来识别流动阻力最小的路径,然后非湿润相侵入阻力最小的喉道,即毛细管压力最小的喉道,继续搜索下一次驱替过程中毛细管压力最小的喉道进行下一步入侵,逐步进行直到毛细管压力增大但饱和度趋于稳定时停止入侵。

12、作为本专利技术的一种优选方案,所述毛细管压力由young-laplace方程计算得到,具体如下:

13、

14、其中,pc是毛细管压力,σ是两相流体的界面应力,θ是接触角,r是孔喉半径。

15、一种计算机设备,包括存储器、处理器,以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法的步骤。

16、一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法的步骤。

17、本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:

18、本专利技术通过离散元软件模拟生成含有固定级配的土体的随机颗粒堆积体三维图形,利用snow分割算法分割孔隙结构,构建孔隙网络模型,进行毛细管压力计算,获取驱替全过程中毛细压力-饱和度关系,通过束缚机制算法获得残余饱和度,能够及时有效地计算毛细管压力曲线,随机生成的孔隙结构降低了图像获取的成本,节省了长期的室内试验的时间。

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【技术保护点】

1.一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤1中,采用PFC离散元软件构建土体微观颗粒堆积结构三维图形,并将三维图形导出为VRML格式文件。

3.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤2中,利用AVIZO图像处理软件将三维图形转换成若干二维切片图片,并将二维切片图片保存为RAW格式文件。

4.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤3中,球棒孔隙网络模型的结构信息包括孔隙、喉道、截面形状因子、孔隙半径、喉道半径、喉道长度、孔隙与喉道的位置、孔隙与喉道的连接关系。

5.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤4中,使用准静态侵入渗流算法对流动前方的孔喉进行排序来识别流动阻力最小的路径,然后非湿润相侵入阻力最小的喉道,即毛细管压力最小的喉道,继续搜索下一次驱替过程中毛细管压力最小的喉道进行下一步入侵,逐步进行直到毛细管压力增大但饱和度趋于稳定时停止入侵。

6.根据权利要求5所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述毛细管压力由Young-Laplace方程计算得到,具体如下:

7.一种计算机设备,包括存储器、处理器,以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法的步骤。

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【技术特征摘要】

1.一种基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤1中,采用pfc离散元软件构建土体微观颗粒堆积结构三维图形,并将三维图形导出为vrml格式文件。

3.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤2中,利用avizo图像处理软件将三维图形转换成若干二维切片图片,并将二维切片图片保存为raw格式文件。

4.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤3中,球棒孔隙网络模型的结构信息包括孔隙、喉道、截面形状因子、孔隙半径、喉道半径、喉道长度、孔隙与喉道的位置、孔隙与喉道的连接关系。

5.根据权利要求1所述的基于孔隙网络模型的数值重构毛细管压力计算方法,其特征在于,所述步骤4中,使用准静...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘昂何家兴林文丽丁志涛张尔康
申请(专利权)人:南京工业大学
类型:发明
国别省市:

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