一种应用于射流破岩的孔隙形状近似法

为了精准模拟油气资源开采领域中射流破碎孔隙岩体的动态过程,构建准确且有效的孔隙岩体是十分关键的。基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提体的孔隙形状近似法(pore shape approximation,PSA)。通过模拟孔隙岩体的单轴压缩试验,验证了PSA方法所构建的孔隙岩体模型与试验结果具有较好的相似性,通过引入描述水射流和岩体力学特性的本构方程,建立了射流冲击孔隙岩体的数值模型,并与数字岩心技术进行了对比,本模型具有较好的计算效率和稳定性。随后,分析了孔隙形状、尺寸和不同形状孔隙占比对岩体破损的影响。研究表明:不同形状的孔隙均存在一个使岩体破损效果最佳的尺寸;含薄片体、正三棱柱或正三角锥的孔隙岩体更容易破损,这三种孔隙的占比越高,岩体破损效果越明显。

两种孔隙形状泡沫铝/环氧树脂复合材料弹性常数研究

泡沫铝中填充环氧树脂形成的复合材料兼具金属和树脂的双重性能。本文基于细观力学胞元法建立了两种孔隙形状的泡沫铝/环氧树脂复合材料的细观力学模型,通过理论分析得出了复合材料的弹性模量预测公式,并计算了4种孔隙率情况下复合材料的弹性模量,分析了孔隙率对材料弹性模量的影响。通过建立数值模拟模型,对复合材料的弹性模量和泊松比进行了模拟分析。研究结果表明:理论预测与模拟结果较为吻合,且孔隙率越高,其差值越小;孔隙形状对复合材料的弹性模量具有较大影响,球形孔隙形状复合材料的力学性能较矩形孔隙形状的力学性能更为优异。

纺粘非织造布孔隙形状的定量分析

为探究纺粘非织造布孔隙形状特征,按不同网帘频率制备了5种聚丙烯纺粘非织造布。采用宽长比等8个指标对孔隙形状作定量描述,并基于数字图像处理技术对指标值进行测量。运用主成分分析法对上述指标进行降维处理,提取反映孔隙扁平程度和边界光滑程度的2个主成分,由此不仅消除了原指标之间的不独立性,而且使研究得以简化。分析了网帘频率对孔隙形状的影响规律,结果表明随着网帘频率的增大,孔隙形状趋于扁平,边界光滑度呈先升后降态势。研究结果对揭示孔隙形状影响非织造材料过滤性能和力学性能的内在机制具有一定的参考价值。

砾岩地层电阻率与孔隙度和孔隙形状关系数值模拟

砾岩储层岩性复杂,电阻率测井响应受岩石骨架和孔隙结构影响严重。建立各向异性砾岩地层模型,研究恒定电场中砾岩地层电阻率的三维数值计算方法及复杂砾岩地层模型网格剖分方法,分析各向异性砾岩地层中的电流分布,揭示了砾岩地层电阻率与孔隙度和孔隙形状的关系,给出了由地层因素和孔隙度数值拟合后确定各向异性砾岩地层岩性参数的方法,为砾岩油藏的评价和解释提供依据,扩展对各向异性的认识。

孔隙形状对多孔材料吸声性能的影响

针对多孔材料的吸声性能问题,利用3D打印,打印出不同形状和尺寸的孔隙;基于COMSOL MULTIPHYSICS模拟软件,并与具体实验相结合,研究了孔隙形状和尺寸对吸声系数的影响。研究发现:1)对于锥形孔而言,锥形孔的倾角对吸声系数影响更大;2)当倾角在30°~90°之间变化时,孔隙的吸声系数存在极大值。这一极大值对应的锥形孔隙倾角为45°;3)当锥形孔隙深度从2 mm增加到5 mm时,多孔材料的吸声系数随孔隙深度的增加而增加。孔隙深度从5 mm增加到7 mm时,吸声系数变化不明显。

制备工艺对熔喷非织造布孔隙形状的影响

为探究制备工艺参数(计量泵频率、网帘频率和接收距离)对熔喷非织造布孔隙形状的影响,采用单因素实验制备多种聚丙烯熔喷非织造布。以偏心率和固靠性对孔隙形状进行表征,并基于数字图像处理技术对指标值进行测量。结果显示:计量泵频率对孔隙固靠性影响较大,但对孔隙偏心率无明显影响。随着计量泵频率的增加,孔隙固靠性先降低后增加。当计量泵频率为18 Hz时,孔隙固靠性最低。随着网帘频率的增加,孔隙偏心率先增加后降低(当网帘频率为8 Hz时,孔隙偏心率最大),而孔隙固靠性则单调增加。随着接收距离的增大,孔隙固靠性和孔隙偏心率均降低。研究结果对研制性能优良的隔声、绝缘和过滤非织造材料具有一定的参考价值。

孔隙形状和排列对多孔材料弹性模量的影响

研究了孔隙形状和排列对多孔材料弹性模量的影响。将快速傅里叶变换法与迭代法相结合预测多孔材料弹性模量,通过与解析解比较验证了该预测方法的有效性。基于数值结果,定量评价了孔隙形状和排列对多孔材料弹性模量的影响。发现对于给定的孔隙率,含三角形孔的多孔材料弹性模量最低,而含正方形、圆形和六边形孔的多孔材料弹性模量比较接近。也发现对于给定的孔隙率,当圆孔按中心点分布时多孔材料弹性模量最高,而按随机分布时多孔材料弹性模量最低。

孔隙形状对AVO响应影响的研究

含油气储层都是由固体颗粒的骨架、孔隙及其充填流体所组成的多相介质,含油气储层的物性在油气勘探中所起的作用不容忽视。为了研究孔隙形状对AVO响应的影响,文中选取两层砂泥岩模型,按照不同孔隙形状来讨论砂岩的孔隙。首先利用Kuster-Toksoz公式求得岩石的等效模量,再利用Biot-Gassmann方程进行流体替换以求得饱含流体岩石的等效模量,最后利用Aki-Richards公式求取反射系数进行AVO正演模拟。结果显示孔隙形状对岩石的AVO响应有明显的影响,并且对饱含不同类型流体岩石的AVO响应的影响规律都是相似的。

孔隙形状对熔喷非织造布过滤品质的影响

为探究孔隙形状与熔喷非织造布过滤品质（以品质因子表征）之间的内在关系,运用数字图像处理技术对5个聚丙烯熔喷非织造布样品的孔隙形状因子和孔隙圆度进行求取,并对样品进行过滤性能的测试。结果表明,随着孔隙形状因子数值的增大,熔喷非织造布过滤品质随之提高;随着孔隙圆度的提高,熔喷非织造布过滤品质呈下降趋势。

孔隙形状及孔隙率对多孔材料弹性性能的影响

利用通用单胞法(GMC)计算了不同孔隙形状及孔隙率对多孔材料等效弹性参数的影响,计算中分别采用二维方形、圆形孔隙模型和三维立方体、球形孔隙模型模拟多孔材料。不同孔隙率下等效弹性参数的计算结果表明:不同孔隙形状下,多孔材料等效弹性参数随孔隙率增大的退化程度不同;通过对比二维简化模型与三维模型的差异,发现二维简化模型对多孔材料等效弹性参数的估算值偏低。进一步将GMC计算结果和已有文献实验结果进行比较,发现两者具有较高的吻合度。最后将GMC模型与有限元、经验模型进行对比,得出GMC模型的局限性。综合计算结果,GMC具有一定的计算精度,可应用于工程实际分析中。

空气导热系数和孔隙形状对多孔绝热材料相对导热系数的影响

采用有限体积法,对空气导热系数可变的多孔绝热材料进行三维数值实验分析。构建细胞模型,推导热传导方程及边界条件,进而结合多孔绝热材料特点,得到共轭热传导方程。对共轭热传导方程进行求解,以相对导热系数为衡量标准,探讨在不同空气导热系数下,在三角形、椭圆形、菱形、T形和I形五种孔隙形状下,多孔绝热材料的绝热性能。研究发现:1)多孔绝热材料相对导热系数随着空气导热系数的增大而增大;2)在垂直于有效接触面积较大的热通量方向上,I形孔隙和T形孔隙是降低多孔绝热材料相对导热系数的最佳形状。

密闭管道内不同开孔形状的柔性障碍物对可燃气体爆炸特性的影响研究

为了减少化工工业生产过程中瓦斯爆炸事故导致的巨大损失,研究了在模拟密闭管道(横截面80 mm×80 mm,长度3 m)内不同开孔形状的柔性障碍物对可燃气体爆炸特性的影响机制。选用厚度为0.105 mm,开孔形状分别为圆形、方形、三角形、四齿、六齿、八齿的植物纤维膜为柔性障碍物,阻塞率为75%,以孔隙周长和形状对称特性作为判断孔隙锐度的标准。柔性障碍物的不同开孔形状对爆炸传播有显著影响。分析了甲烷爆炸过程中的超压特性和火焰特点并得出结论。结果说明爆炸波在彻底冲开膜片前产生了多次激波反射和孔隙大小对射流的约束共同作用下,诱导了湍流火焰的产生。另外,通过与空载管道的超压和火焰强度变化趋势对比,发现孔隙柔性障碍物形状决定火焰通过柔性孔隙障碍物的加速度,而在周长和形状为特定一条件下,对爆炸激励的影响不明显。需要注意的是,柔性孔隙障碍物下游的超压是爆炸强度和湍流共同作用的结果。综上所述,柔性障碍物开孔形状对甲烷爆炸的影响表现为一个激励-抑制的特殊机制。柔性障碍物孔隙形状在一定范围内增加显著激励了火焰传播速度,进而导致湍流强度和爆炸强度增加。

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。

不同埋深马兰黄土孔隙结构试验

本文采用"注胶法"制得用以观察分析和定量研究的黄土微观结构试样,借助扫描电子显微镜和数字化图像分析系统,观察并讨论黄土孔隙结构特征及其随黄土埋深增加的变化规律。结果表明,不同埋深马兰黄土依据孔隙率或孔隙面积率分类均属于疏松多孔性土。黄土孔隙连通性随埋深增加逐渐减弱;埋深由小到大,马兰黄土孔隙的主要结构特征由相对不稳定的大、中架空孔隙,过渡为相对稳定的微、小镶嵌孔隙,定量表现为大、中孔隙面积率之和随黄土埋深的增加减小约63.04%,而小孔隙面积率增加约40.57%,微孔隙面积率增加约22.47%。通过对孔隙形状分布的分析,上述不同类型孔隙面积率的增加或减少主要源于细长形和不规则形孔隙面积的改变。此外,不同埋深马兰黄土中细长孔隙的面积在微、小、中、大孔隙的面积中均占主导地位。就孔隙数量而言,马兰黄土中微、小、中、大孔隙的数量随深度增加依次急剧减少,此现象主要由4种孔隙中圆孔数量的显著差异引起,表明圆孔的孔径多偏小。

黄河下游冲积平原潮土土壤孔隙微形态特征

土壤颗粒排列是影响孔隙特征的最基本因素。土壤薄片能够直接观察且定量的分析土壤孔隙特征。为了解不同质地土壤的孔隙差异,于山东省东昌府区采集不同质地土壤(壤土、黏壤土、砂质壤土),通过常规方法和土壤微形态技术对比分析土壤孔隙特征。结果表明:三类样地土壤孔隙度均为表层向下逐渐减少。表层、底层差异在砂质壤土中主要体现于总孔隙度与毛管孔隙度,黏壤土、壤土则主要体现为总孔隙度与非毛管孔隙度。砂质壤土中各土层均以简单堆集孔隙为主;而0~10 cm黏壤土、壤土以复合堆积孔隙为主,其下复合堆积孔隙减少、其他形状孔隙增多。薄片图像测定孔隙数量可反映常规分析总孔隙度的50%左右,对于非毛管孔隙度则可反映80%左右。因此,土壤薄片更适合分析土壤非毛管孔隙。

竹炭孔隙性状的探索

将竹炭横切面与纵切面的扫描电镜照片放入计算机进行处理,得到竹炭两个切面的轮廓图像和二值化图像。运用Autocad软件,观察到竹炭孔隙形状极不规则,为曲线型,孔隙表面为非平滑表面。依据分形理论,竹炭孔隙非平滑表面具有分形特征,以盒计数法测定竹炭孔隙表面分形维数D=2.2723。对竹炭两切面的二值化图像进行像素扫描,计算出竹炭横切面孔隙率为56.26%,纵切面孔隙率为62.37%。以直观图像为研究对象,得到竹炭孔隙的基本特征,对表征孔隙结构有一定参考价值。

孔隙对碳/环氧层压板层间剪切强度影响的神经网络预测(英文)

采用一种新的方法研究了孔隙(孔隙率、孔隙形状和尺寸)对复合材料层压板[(±45)4/(0,90)/(±45)2]S,[(±45)/(0,90)2/(±45)]S和[(±45)/04/(0,90)/02]S的层间剪切强度影响的非线性关系。建立了了一个四层前馈型BP网络神经网络。采用真空袋和热压罐技术制备了含不同孔隙率的复合材料层压板。神经网络的算法为Levenberg-Marquardt算法。研究结果表明:Levenberg-Marquardt算法的预测能力较高,即,92%的B(决定系数)值大于0.9。而且,神经网络的结构会影响不同孔隙率的环氧树脂基复合材料的层间剪切强度的预测结果。

基于小角X射线散射技术计算不同孔形的煤孔隙特征比较研究

为了确定小角X射线散射(Small Angle X-ray Scattering,SAXS)测试中煤孔隙结构最适用的孔形,对河北邯郸大淑村煤矿的煤样进行小角X射线散射测试和氮气吸附测试。通过计算7个具有不同孔形和不同高径比下煤样的孔径分布、比表面积和孔隙率,并与氮气吸附测试结果比较,得出:①最适合大淑村煤矿煤样的孔形是高径比为0.1的圆柱形;②SAXS测得的比表面积和孔隙率比氮气吸附大,原因是SAXS可以测到煤样中封闭孔以及开口较小的锥形孔。测试确定最适用煤孔形对今后使用SAXS测试煤样孔隙结构具有重要参考意义。

天水黄土震陷性与微观孔隙参数分析

针对天水不同黄土场地,选取洪冲积、河流阶地、河漫滩、洪积扇、滑坡等代表性场地,进行取样及震陷性及微观孔隙分析。采用动三轴和电镜试验及微观图像处理方法,试验结果表明:天水黄土粘粒含量较高,塑性指数较低,平均低于10,划分仍在粉土范围;天水黄土具有震陷不均匀性,含水量较高,震陷系数大的特点。由于天水黄土多具有架空孔隙结构,采用孔隙面积和围压等参数的震陷系数公式计算的震陷系数与试验结果基本符合。进一步的微观孔隙分析表明:孔隙长轴、短轴及孔隙面积均值、概率熵、曲率系数、形状系数曲线、玫瑰图等参数及指标,与震陷性强弱有较好的相关性。即孔隙尺寸越大,孔隙面积分布峰值越高,孔隙概率熵越小,曲率系数越大,震陷性越强。随着震陷性由小到大变化,孔隙形状因子曲线依次变陡。

一种简化的二维规则多边形孔隙岩石物理模型

将岩石中的孔隙等效为二维(2D)椭圆形或三维(3D)椭球体是目前岩石物理建模的主流做法,鲜见其他孔隙类型模型研究。针对Kachanove 2D规则多边形孔隙岩石物理模型存在孔隙形状因子参数多、仅能表征几种孔隙形态,且难以与自适应等数学算法相结合等问题,引入单一等效孔隙形状因子g替代上述模型中多个形状因子参数,得到一种简化的2D规则多边形孔隙岩石物理模型,并给出g的理论取值范围。数值正演结果显示:随着g增大,弹性模量降低;g越接近于1,弹性模量越大;弹性模量降低速率随g增大而降低;弹性模量的变化率随孔隙度变小而降低;实际应用中g的取值上限不是正无穷,而是一个有限的数。将所提简化2D规则多边形孔隙岩石物理模型应用于实验室砂泥岩测试及实际测井资料,结果表明该岩石物理模型在横波速度预测中具有良好应用效果。