常見多孔介質簡易重構法

周亮 劉琰 魏朝暉

摘 要：多孔介質在自然界和工業(yè)生產中應用非常廣泛，實物狀多孔形貌在理論研究時需要對結構進行數(shù)據(jù)信息轉化。針對常見的隨機形、纖維絲形和圓形結構，建立簡易的固體生長步驟，通過計算機重構出各種多孔形貌，并對不同相區(qū)域進行數(shù)據(jù)化命名以便識別和應用。

關鍵詞：多孔介質;計算機重構;數(shù)據(jù)識別

1 緒論

多孔介質指固體物質骨架和骨架間孔隙組成的共同空間，如巖石、土壤、植物組織、毛細血管等。不同的固體骨架形狀使孔隙呈現(xiàn)不同的形貌，眾多的孔隙使多孔介質有非常大的比表面積。當氣體或者液體流經相互連通或部分連通的孔隙時，形成多孔介質滲流?？紫督Y構形貌直接影響滲流的特性，本文選擇常見的隨機形、纖維絲形和圓形多孔結構（見圖1），采用計算機重構多孔形貌，實現(xiàn)多孔結果的數(shù)據(jù)信息化。

2 重構方法與結果

隨機形多孔介質采用四參數(shù)法[1]生成。四參數(shù)分別指生長方向、生長核分布概率、生長概率和生長相份額。二維多孔體需要8個生長方向，三維則需要26個生長方向。在初始化構造空間之前，以固體相作為生長相，按照給定的生長核分布概率和生長概率隨機累積不同方向的顆粒層，以固體份額作為結束判定標準，生成特定孔隙率的隨機多孔結構。

纖維絲隨機結構由眾多獨立的固體圓柱組成。空間中隨機選擇兩個點并確定一條直線，對于二維或三維空間，某點到軸線的距離小于纖維絲規(guī)定的半徑，則設置為固體相;逐漸生成眾多圓柱體直至到達規(guī)定的孔隙率。此外，通過控制隨機直線的方位角可實現(xiàn)纖維絲的方向均勻程度。

隨機圓形顆粒體以眾多圓形或球體組成。根據(jù)給定生長核分布概率隨機確定圓心或球心的位置，對不同圓（球）心按照隨機的生長概率生長一層圓面或球面，直至到達規(guī)定的孔隙率。此外，通過控制不同圓形或球體是否發(fā)生重疊，可實現(xiàn)彈性結構和剛性結構。

對上述多孔結構的相區(qū)域進行數(shù)據(jù)化設置，將固體相設為“1”，孔隙相設為“0”，輸出多孔介質數(shù)據(jù)文件并用Tecplot后處理進行結構圖像化，如圖1至圖3所示。

3 結論

針對常見的隨機形、纖維絲形及圓形多孔介質，采用計算機簡易程序按照不同的生長步驟，重構出各多孔結構的二維形貌和三維形貌體?？赏ㄟ^調整生長核分布概率、生長概率控制隨機特性，通過孔隙率、纖維絲直徑、方位角、圓半徑等參數(shù)實現(xiàn)規(guī)定的多孔結構參數(shù)。

參考文獻：

[1]Wang M，Wang J，Pan N，et al.Mesoscopic predictions of the effective thermal conductivity for microscale random porous media[J].Physical Review E，2007，75（3）：036702.

基金項目：西安市科技計劃項目“新型脂肪酸/碳納米管相變復合材料在蓄能換熱器中的熱物性測試及強化傳熱研究”，項目編號：201805032YD10CG16（6）

作者簡介：周亮（1988-），女，漢族，陜西西安人，講師，研究方向：多孔介質輸運。