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基于格子博尔兹曼方法表征体元尺度土体细观渗流场的数值模拟 被引量:9
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作者 申林方 王志良 李邵军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S2期689-694,共6页
为了研究土体的细观渗流特性,假设土体是完全饱和且在渗流过程中水分的流动始终处于层流状态。考虑宏观统计参数(孔隙率、渗透率及有效黏滞系数等)的影响,基于表征体元(REV)尺度的格子博尔兹曼(Boltzmann)方法,建立了压力作用下土体细... 为了研究土体的细观渗流特性,假设土体是完全饱和且在渗流过程中水分的流动始终处于层流状态。考虑宏观统计参数(孔隙率、渗透率及有效黏滞系数等)的影响,基于表征体元(REV)尺度的格子博尔兹曼(Boltzmann)方法,建立了压力作用下土体细观渗流的数值模型。采用D2Q9模型考虑水分流动的离散速度分布,宏观边界条件为左右侧面为不透水边界(0)x yu=u=,上下边界设置不同的密度来控制压力边界,在微观边界条件上采用非平衡态外推格式。编制相应的计算程序,将计算区域内的多孔介质材料设置成流体(孔隙率φ=1.0,渗透率K=∞),验证了经典的Poiseuille流。此外,结合算例分别讨论了土体在压力作用下孔隙率、渗透率及渗透压力等影响因素与渗流速度的相互关系,研究表明该数值方法与Darcy定律得到的计算结果较为吻合。因此,基于REV尺度的格子Boltzmann方法可以有效地模拟土体的渗流机制,为进一步研究土体渗流特性提供了一种新的研究手段。 展开更多
关键词 格子博尔兹曼(Boltzmann)方法 表征体元(REV)尺度 多孔介质 渗流场 数值模拟
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煤炭自然发火介尺度分析:从表征体元宏观模型到孔隙微观模型 被引量:18
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作者 梁运涛 王树刚 +3 位作者 蒋爽 胡沛裕 林琦 宋双林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1138-1146,共9页
煤炭自然发火存在明显的介尺度特性,应用介尺度科学理论将煤炭自然发火的微观反应机理与宏观变化特征相关联,有助于推进煤自燃领域的深入研究。首先分析了单煤颗粒、煤颗粒聚团及煤堆3个尺度的区别及相互联系,指出尺度之间正确的信息传... 煤炭自然发火存在明显的介尺度特性,应用介尺度科学理论将煤炭自然发火的微观反应机理与宏观变化特征相关联,有助于推进煤自燃领域的深入研究。首先分析了单煤颗粒、煤颗粒聚团及煤堆3个尺度的区别及相互联系,指出尺度之间正确的信息传递是多尺度模拟的前提,煤自燃领域尺度信息传递的主要方式是"尺度上联"。从数学建模角度提出煤颗粒聚团的本质就是煤堆的表征体元,以表征体元为最小单位的表征体元尺度数值模拟是一种忽略聚团内结构变化的基于宏观数学模型的计算方法,相对应的表征体元内考虑单煤颗粒相互影响的孔隙尺度数值模拟是一种基于微观数学模型的计算方法,由此明确了煤自燃研究中介尺度Ⅱ所在的堆积态煤体层次的物理过程与数学概念。其次基于表征体元尺度的定义,考虑瞬时孔隙率和高温辐射换热特征,建立了连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和浓度方程,简述了求解过程,指出需要由孔隙尺度模型获取的参数有孔隙率、渗透率、对流换热系数等。接着论述了基于格子玻尔兹曼方程、考虑内部孔隙结构的孔隙尺度微观模型,并用实例展示了采用工业CT技术获取煤岩体孔隙物理结构、3维数字重构及表征体元提取的步骤。最后利用不同尺度之间参数的本构关系,提出从孔隙尺度获取宏观控制方程中孔隙率、渗透率、惯性系数和对流换热系数的尺度上联方法,从数学上实现了孔隙尺度微观模型到表征体元尺度宏观模型之间的信息传递,从而完成了从孔隙尺度到表征体元尺度的多尺度物理建模和数学建模。 展开更多
关键词 煤炭自然发火 介尺度 表征体元 孔隙 尺度上联
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岩溶管道介质空隙率变化(视表征体元)及分形研究 被引量:3
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作者 李文兴 《中国岩溶》 CAS CSCD 北大核心 1995年第2期161-168,共8页
本文参照J.Bear对于多孔介质提出的表征体元,以杭州瑶琳洞为例给出了岩溶管道介质空隙率变化曲线,并应用分形理论研究空隙率变化规律。这种作为基础理论的研究,具重要的岩溶水文地质意义。
关键词 分形 维数 岩溶管道 介质空隙率 表征体元
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基于微米CT扫描成像实验及格子Boltzmann模拟方法的致密砂岩孔隙结构表征 被引量:18
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作者 赵华伟 宁正福 +2 位作者 段太忠 廉培庆 王鸣川 《东北石油大学学报》 CAS 北大核心 2019年第5期1-10,I0001,共11页
采用微米CT扫描成像实验及格子Boltzmann模拟方法,对致密砂岩微观孔隙结构进行定性及定量表征。基于CT扫描成像实验灰度图像,分析致密砂岩孔隙类型、孔隙度、孔径分布及孔隙连通性特征;采用格子Boltzmann模拟(LBM)方法进行流动模拟,计... 采用微米CT扫描成像实验及格子Boltzmann模拟方法,对致密砂岩微观孔隙结构进行定性及定量表征。基于CT扫描成像实验灰度图像,分析致密砂岩孔隙类型、孔隙度、孔径分布及孔隙连通性特征;采用格子Boltzmann模拟(LBM)方法进行流动模拟,计算致密砂岩样品的渗透率。结果表明:致密砂岩有残余粒间孔、矿物溶蚀孔和微裂缝3种孔隙类型。Otsu双阈值算法能够有效分割基质相、孔隙相和黏土相。孔隙相的体积分数介于4.37%~8.77%,小于实测孔隙度,黏土相的体积分数介于6.44%~12.53%。孔径分布曲线为单峰形态,分布区间介于3~69μm,峰值介于10~15μm。黏土相能够提升致密砂岩的整体连通性,LBM方法模拟计算的渗透率与实测渗透率吻合很好。该结果对致密砂岩微观孔隙结构表征有参考意义。 展开更多
关键词 微米CT扫描成像实验 格子BOLTZMANN模拟 表征体元 双阈值算法 孔隙结构 致密砂岩
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二氧化碳地质封存与利用新进展 被引量:7
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作者 王光付 李阳 +2 位作者 王锐 周银邦 贾英 《石油与天然气地质》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1168-1179,共12页
为了推动碳减排,实现碳中和目标,分析研究了CO_(2)捕集、利用与封存(CCUS)技术进展,提出了存在问题和发展方向。研究表明:全球CCUS产业发展迅速,截至2023年底,全球大型CCUS项目数量达到392个,比2022年增加了一倍,已初步具备商业化运营... 为了推动碳减排,实现碳中和目标,分析研究了CO_(2)捕集、利用与封存(CCUS)技术进展,提出了存在问题和发展方向。研究表明:全球CCUS产业发展迅速,截至2023年底,全球大型CCUS项目数量达到392个,比2022年增加了一倍,已初步具备商业化运营的技术条件。CO_(2)封存与利用研究应用不断取得新进展:①CO_(2)地质封存体表征和建模采用表征体元(REV)技术,将微观尺度的属性应用于宏观尺度的地质模型,用应变张量数据进行封存体动态表征和监测。综合应用地球化学成像、微地震、地温以及大气监测技术方法进行封存体泄漏监测。建立不同沉积类型储层模拟技术,模拟封存体内不同CO_(2)羽流迁移情景和封存潜力。②大数据和人工智能广泛应用于CCUS。建立了基于深度学习和耦合地质力学的CO_(2)封存风险快速评估代理模型。用机器学习预测或评估剩余油区CO_(2)提高采收率和封存效率。③CO_(2)驱油新技术及应用新领域取得新进展。发展了CO_(2)驱与低矿化度水驱交替注入、CO_(2)微纳米气泡驱油、CO_(2)加增黏剂驱油和CO_(2)泡沫驱油等技术,应用于矿场试验取得良好效果。CO_(2)驱油领域从中-低渗透砂岩油藏、致密砂岩油藏拓展到残余油带、页岩油藏及天然气藏。CCUS也面临长期封存安全性、经济性、技术不确定性等问题和挑战,需要进一步完善法律、法规,开展多学科研究与技术创新,加强国际合作,大力发展CO_(2)地质封存与利用新技术,保障CO_(2)长期封存安全性,提高商业运营经济性。 展开更多
关键词 安全性评价 表征体元(REV) 微纳米气泡 残余油带(ROZ) 地质封存体 CO_(2)驱油 CO_(2)捕集与封存(CCS) CO_(2)捕集、利用与 封存(CCUS)
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对油藏模型网格粗化中REV理论的探讨 被引量:2
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作者 祁大晟 平锐 《新疆石油地质》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期341-343,共3页
Lasseter等(1986)提出油藏模型网格粗化(Reservoir Upscaling)应当在表征体元(Representative Elementary Volume,简称REV)级进行。REV指一种特定的体积元,在这种体积元测取的物性参数将在一定的比例尺范围内保持不变。REV理论一直是一... Lasseter等(1986)提出油藏模型网格粗化(Reservoir Upscaling)应当在表征体元(Representative Elementary Volume,简称REV)级进行。REV指一种特定的体积元,在这种体积元测取的物性参数将在一定的比例尺范围内保持不变。REV理论一直是一个有争议的概念,因为其定义不十分清晰,且没有说明如何在真实油藏中获取之。因此,甚至有人怀疑在真实油藏中,是否真的存在REV。基于REV理论,提出了一个新的概念——表征体元网格,(Representative Elementary Volume Grid,简称REVG)。该网格体系在给定的比例尺范围内可最佳地描述油藏的非均质性。从物理意义上讲,在REVG系统中,每个网格内的物性差异最小,而网格间的物性差异最大。 展开更多
关键词 油藏模型网格粗化 REV(表征体元) REVG(表征体元网格)
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采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构 被引量:34
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作者 李仁民 刘松玉 +1 位作者 方磊 杜延军 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1897-1901,共5页
针对黏土微观结构复杂、构造困难的问题,采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构.介绍随机生长四参数生成法,构造黏土微观结构的基本原理和详细的生成步骤,联合应用Matlab和AutoCADVBA编制相应的程序,讨论构造的黏土微观结构对地下... 针对黏土微观结构复杂、构造困难的问题,采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构.介绍随机生长四参数生成法,构造黏土微观结构的基本原理和详细的生成步骤,联合应用Matlab和AutoCADVBA编制相应的程序,讨论构造的黏土微观结构对地下水渗流的影响.程序生成的微观结构可以直接导入有限元程序,便于采用数值分析软件研究微观结构相关问题.构造的黏土颗粒大小分布、形状各异,孔隙结构微小,迂回曲折,与真实的黏土微观结构相似. 展开更多
关键词 黏土微观结构 表征体元(REV) 随机生长四参数生成法 MATLAB AUTOCAD VBA
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REV尺度多孔介质格子Boltzmann方法的数学模型及应用的研究进展 被引量:10
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作者 张潇丹 雍玉梅 +4 位作者 李文军 赵元生 李媛媛 杨巧文 杨超 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1698-1712,共15页
综述了多孔介质表征体元尺度(REV)格子Boltzmann模型的研究进展,根据对多孔介质处理方式主要分为部分反弹模型和阻力模型两类,分析归纳了各类模型的优缺点。由于阻力模型中渗流的广义格子Boltzmann方程(GLBE)的作用力是基于GUO等的作用... 综述了多孔介质表征体元尺度(REV)格子Boltzmann模型的研究进展,根据对多孔介质处理方式主要分为部分反弹模型和阻力模型两类,分析归纳了各类模型的优缺点。由于阻力模型中渗流的广义格子Boltzmann方程(GLBE)的作用力是基于GUO等的作用力模型,可以准确得到宏观方程,不存在离散误差,且模型的平衡分布函数和作用力项中都包含反应介质特性的孔隙率,因而应用最为广泛。本文还重点介绍了REV尺度多孔介质LBE模型在流动、传热、传质、化学反应及相变等过程中的具体应用,认为REV尺度多孔介质内的三传一反数学模型中需要加入孔隙尺度因素,在更大工程尺度上应该考虑过程参数的各向异性,展望了REV尺度多孔介质LBE模型的发展和应用前景。 展开更多
关键词 多孔介质 表征体元尺度 格子BOLTZMANN方法 流动 传热 传质
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保温多孔材料含湿传热过程分析模型 被引量:5
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作者 王志国 张佳 秦芮 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期7017-7023,共7页
基于粗宏观表征体元RMV(representative macroscopic volume),考虑孔隙中含有湿分的情况,建立了多孔介质传热的黑箱、灰箱、白箱模型。根据建立的'三箱'模型和传热过程分析,推导出了导热系数的公式。以岩棉为例,通过所建模型数... 基于粗宏观表征体元RMV(representative macroscopic volume),考虑孔隙中含有湿分的情况,建立了多孔介质传热的黑箱、灰箱、白箱模型。根据建立的'三箱'模型和传热过程分析,推导出了导热系数的公式。以岩棉为例,通过所建模型数值计算并讨论了孔隙率、含湿率、孔隙通道分布系数和迂曲度对导热系数的影响效果。结果发现,孔隙率和孔隙通道分布系数与导热系数呈负相关关系,含湿率和迂曲度与导热系数呈正相关关系。结论可为提高材料的保温性能提供相应的思路和方法。 展开更多
关键词 粗宏观表征体元 含湿传热模型 导热系数 数值计算
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Determining representative elementary volume size of in-situ expansive soils subjected to drying-wetting cycles through field test 被引量:5
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作者 CHENWei LI Guo-wei +3 位作者 HOU Yu-zhou WU Jian-tao YUAN Jun-ping Andrew Cudzo AMENUVOR 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第10期3246-3259,共14页
Cracks resulting from cyclic wetting and drying of expansive soils create discontinuities and anisotropy in the soil.The representative elementary volume(REV)defined by the continuous-media theory cannot be applied to... Cracks resulting from cyclic wetting and drying of expansive soils create discontinuities and anisotropy in the soil.The representative elementary volume(REV)defined by the continuous-media theory cannot be applied to cracked expansive soils that are considered discontinuous media.In this study,direct shear tests of three different scales(30 cm^(2),900 cm^(2),1963 cm^(2))and crack image analysis were carried out on undisturbed soil samples subjected to drying-wetting cycles in-situ.The REV size of expansive soil was investigated using the crack intensity factor(CIF)and soil cohesion.The results show that soil cohesion decreased with increasing sample area,and the development of secondary cracks further exacerbated the size effect of sample on cohesion of the soil.As shrinkage cracks developed,the REV size of the soil gradually increased and plateaued after 3−5 cycles.Under the same drying-wetting cycle conditions,the REV size determined using soil cohesion(REV-C)is 1.75 to 2.97 times the REV size determined using CIF(REV-CIF).Under the influence of shrinkage cracks,the average CIF is positively correlated with the REV size determined using different maximum permissible errors,with the coefficient of correlation greater than 0.9.A method for determining the REV-C based on crack image analysis is proposed,and the REV-C of expansive soil in the study area under different exposure times is given. 展开更多
关键词 representative elementary volume(REV) drying-wetting cycles expansive soil crack intensity factor(CIF) COHESION cracks
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