基于随机生长四参数法的多孔介质模型

为了研究所列因素的改变对生成孔隙空间以及程序运行时间的影响,使用向量乘法建立四参数随机生长方法(QSGS)模型,并讨论模型参数对生成孔隙结构及计算机生成孔隙模型耗时的影响,使用Matlab软件针对不同孔隙度、固相核分布和生长概率参数建立二维和三维孔隙模型。结果表明:孔隙率与固相核占比呈正相关,孔隙率选取过大会生成无效孔隙,过小会导致固相核孤立。在二维和三维模型中,模孔隙率参数越大生成孔隙模型时间越长,而生长概率与孔隙分布参数改变对模型生成时间影响较小。在三维模型情况下由于消耗更多计算资源,因此研究计算区域网格数对孔隙模型生成时间影响,且随网格数增加模型生成时间显著增加。

采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构

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.

基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟

基于四参数随机生长法(QSGS),根据土体孔隙率,重构土体微观结构.通过格子Boltzmann方法,左右采用不透水边界,上下边界采用非平衡外推格式,颗粒之间的碰撞采用标准反弹格式,建立饱和土体渗流模型,并让恒定流速的水渗入模型.结合算例,推导了宏观物理单位与格子单位之间的转换关系,编制相关Matlab程序,并且进行运算分析,探讨在计算机模拟情况下的微观土体结构中水的渗流变化规律.结果表明:根据QSGS方法所重构的土体生成过程与自然环境下多孔介质的生成过程类似,重构土体性状各异,连通性和结构与实际土体类似;在连通性良好的前提下,土体中水的渗流速度与孔隙率大小有关;同一土体中渗流通道越小的位置水的渗流速度越小,渗流通道越大的位置渗流速度越大;在相同孔隙率条件下,大颗粒土的平均渗流速度比小颗粒土的平均渗流速度大,而小颗粒土的渗流更为稳定.

东北林区天然混交林的随机生长与演替模拟系统研究

从固定样地资料出发 ,构造地位指数函数、胸径生长历程函数、林分枯损函数等基础模型。在林分状态结构的极限分布是在正态分布条件下 ,建立林分状态动态结构的Weibull分布模型。通过建立密度、地位阻尼因子 ,实现基础模型向现行密度、地位模型的非线性过渡。通过定义树种重叠效应系数 ,成功地解决混交林按纯林模型有机的复合。本文以完全或不完全的初始胸径结构文件 ,形成t时刻的各组成树种广义林分结构向量。通过智能化模拟技术 ,重现 16 0年间红松林生长和演替过程 ,并完成区域性森林资源动态实时预测。

基于四参数随机生长法重构土体的格子玻尔兹曼细观渗流研究

多孔介质模型的重构问题是土体细观渗流机理研究的基础和关键。由四参数随机生长法(QSGS)构建土体模型,采用格子玻尔兹曼方法(LBM),通过MATLAB自编程序研究重构土在不同条件下的细观渗流机理。结果表明:随模型尺寸增大,孔隙连通程度显著提高,300×300格点大小的模型连通孔隙率增长幅度(34.38%)最大,继续扩大模型尺寸发现增加不明显;流体粒子在孔隙连通性好、孔径大的区域,会形成主渗流通道,且存在指进效应,孔道中间流速最大,可达0.0324,越靠近孔壁流速越小;大孔隙率土的流速比小孔隙率土大,而低孔隙率土中的流速相比大孔隙土更稳定;LBM模拟渗透率与经典K-C公式计算结果对比发现,孔隙率越高计算渗透率越准确(n=0.78,误差为10.22%);土颗粒越小,渗流孔道越细窄、分布越密集,对应的速度场分布更为均匀,同时流速也更小。该研究成果能较好地揭示重构土的细观渗流机理,也可为现有细观土体孔隙流研究提供一定借鉴。

随机生长四参数生成孔隙模型及其分形描述

储层孔隙是油气储存和运移的主要通道,孔隙结构的研究在油气田开发中占有十分重要的位置。通过随机生长四参数算法,建立了21组不同孔隙度、相同概率生长方向和若干组相同孔隙度、具有优势生长方向的孔隙模型,定量计算了各个孔隙模型的分形盒维数及其多重分形谱,对比研究孔隙结构与分形维数相关关系的结果表明孔隙介质具有很好的分形性质,孔隙度与盒维数在双对数表示下,具有高度线性相关性。多重分形谱特征参数Δα与孔隙度相对独立,能够反映孔隙结构的非均质性,其值越大,说明孔隙结构的非均质性越强。

基于四参数随机生长模型的页岩储层应力敏感分析

页岩储层的应力敏感性是影响其后期开发效果的关键因素,从微观的角度深入认识其应力敏感机理及其影响因素对页岩气的开发具有重要意义。借助四参数随机生长模型构建了不同孔隙度和不同孔隙大小分布的岩心样本,利用弹性力学理论模拟了不同有效应力作用下各个岩心孔隙半径的分布变化及其对岩心固有渗透率的影响,深入分析了孔隙大小及其形状因子与上述两者之间的关系。结果表明,导致页岩应力敏感的直接原因是有效应力作用下孔隙面积的减小及孔隙位置的迁移。有效应力的增大使得各孔隙半径均有减小,孔隙半径的减小比例分别与孔隙初始面积和孔隙的形状因子呈正相关关系和负相关关系。在相同的孔隙度条件下,孔隙半径越均匀,平均孔隙半径越小,应力敏感性越强。有效应力的增加使得岩心固有渗透率呈指数型下降且孔隙度越小、固有渗透率越低的岩心,其应力敏感性越强,孔隙度对固有渗透率的影响大于孔隙半径均匀性的影响。

基于LBM的泡沫金属与翅片相变储能系统性能对比分析

为了研究翅片和泡沫金属铜对相变储能系统性能的影响,使用四参数随机生长法(QSGS)构建了孔隙密度(PPI)分别为20PPI、30PPI的泡沫铜复合相变材料模型,并构建了等铜质量的翅片相变材料模型。在此基础上,采用格子玻尔兹曼(LBM)数值模拟方法对相变材料(PCM)的储/放热过程进行了数值模拟,基于努塞尔数、液相率、PCM流动速度、PCM熔化/凝固时间对比分析了添加翅片以及添加泡沫金属结构对相变材料换热性能的影响。结果表明,在储热过程中,由于泡沫金属的存在会抑制熔化过程中对流换热的发展,双翅片结构的努塞尔数高于泡沫金属结构,熔化时间更短,相比于20PPI、30PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了28.55%、17.5%;在放热过程中,泡沫金属的存在会增加热传导面积,泡沫金属结构的凝固速度高于翅片结构,30PPI泡沫金属结构的凝固时间相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了65.80%、20.24%。综合考虑储放热两个过程,30PPI泡沫金属结构的总储放热时间最短,相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了27.81%、15.32%。在耗费相同金属材料的条件下,采用泡沫结构是更为有效的提升储能效率的手段。

模拟脑肿瘤生长动态的细胞自动机研究

文中构造了一种模拟GBM肿瘤生长动态的三维细胞自动机 (简称CASTG)。基于扩展Moore邻域 ,CASTG统一了肿瘤细胞中增殖细胞、非增殖细胞和坏死细胞的演化规则。CASTG的细胞及其邻域和演化规则完全遵循标准细胞自动机的设计原则 ,因而 ,易于在细胞自动机统一的理论框架下对其模拟肿瘤生长动态的能力或性能进行虚拟试验和分析。计算机仿真实验表明 ,CASTG模拟GBM肿瘤生长动态的结果与临床数据具有良好的一致性。

基于一维人工细胞自动机的肿瘤生长模型研究

通过对Gompertz肿瘤生长理论模型的研究和分析 ,设计了一种基于一维人工细胞自动机的肿瘤生长模型 (TGM1dCA)。在连续Gompertz模型基础上 ,论文导出了Gompertz模型的离散差分形式。运用离散Gom pertz模型 ,论文设计出了体现肿瘤生长动态的人工细胞自动机状态随机演化规则。论文对TGM1dCA细胞自动机进行了理论分析和仿真实验 ,理论分析和仿真实验结果表明 。

随机映射图的局部图

讨论了当n趋向无穷大时,n个顶点的随机映射图的k-局部图收敛于随机生长过程时刻k的二叉图,这儿,k-局部图是随机映射图前k个顶点{1,2,…,k}所生成的最小图.在这种意义下,称随机映射图为渐近二叉的.

薄板件高精度测量线激光连续扫描路径规划

线激光检测技术以其高精度的特点在复杂零部件检测中获得广泛应用,扫描路径规划结果对三维薄板件检测精度具有重要影响。由于线激光具有连续逐行扫描、单帧数据呈直线分布等特点,基于离散视点的规划方法难以实现被测件的各型面关键特征点的自动覆盖测量。为此,提出一种面向检测精度的多目标优化连续覆盖路径规划算法。首先,综合考虑路径长度、传感器入射角等因素,构建线激光连续扫描路径的多目标优化模型;其次,引入搜索随机树规划策略,通过对不确定度指数的迭代优化实现复杂结构件的全型面上关键特征点覆盖路径规划;最后,结合车门总成扫描案例开展应用验证,并与传统三维覆盖路径规划方法进行对比分析。结果显示所提出方法的测点平均不确定度指数较比较方法有所降低,验证了所提出方法的有效性和可行性。

基于QSGS法3D重构土体渗流场的LBM数值模拟

基于四参数随机生长法(QSGS)以及改进QSGS方法等效重构三维(3D)各向同性/各向异性土体内部孔隙结构,结合格子玻尔兹曼方法(LBM),采用MATLAB自编程序进行细观渗流场数值模拟,分析不同孔隙参数及模型各向异性等因素对渗流特性的影响规律.结果表明:3D模型尺寸100×100×100格点时,连通孔隙率nc达到最大增幅19.23%.流体易在连通性好、孔喉直径大的部位形成主渗流通道,且存在“指进效应”,流体越靠近孔道中轴线流速越快.3D重构土体的计算渗透率k随模型孔隙率n增大而增大,随土颗粒尺寸减小而减小,当分布概率pc=0~0.05(大、中颗粒)时渗透率显著降低,降低幅度达42.86%.考虑各向异性的重构模型出口边界渗流速度波动幅度较大、变化趋势规律性不明显,且流线分布稀疏、相互交错、主渗流通道不明显.该研究能揭示流体在3D土体孔隙结构中的流动规律,并为3D土体重构和细观渗流模拟研究方法提供借鉴.

基于LBM的多孔介质无机复合相变材料储能特性

为了研究骨架形貌对无机复合相变材料(CPCM)相变储能特性的影响,基于格子玻尔兹曼方法,采用四参数随机生长法(QSGS)构造多孔介质骨架,建立随机分布的多孔介质CPCM相变模型,在此基础上,探究孔隙度(ε)、固相生长核分布概率(P_(c))、方向生长概率(P_(d))、瑞利数(Ra)对CPCM相变储能特性的影响。结果表明,ε越小,CPCM熔化时间越短,ε为0.70时的完全熔化时间相较于ε为0.90时缩短了23.63%。在相同ε(0.90)下,P_(c)增大或P_(d)减小,都有助于提高CPCM的熔化速度。Ra越大,自然对流强度越大,CPCM所需熔化时间越短,Ra为18000时CPCM所需熔化时间相较于Ra为1000时缩短了41.46%。本工作为研究多孔介质无机CPCM储能特性提供理论依据和参考。

梯度多孔介质腔体内固液相变过程数值研究

基于格子玻尔兹曼方法,利用四参数随机生长法生成梯度多孔介质,采用描述相变糊状区的两区域模型,求解了孔隙尺度下梯度多孔介质腔体内固液相变过程,分析了相变材料的相场分布、融化速率及热壁面平均努塞尔特数的变化,并改变相邻多孔介质孔隙率的差值,探究了梯度多孔介质对固液相变影响的一般性规律。结果表明:相变材料的融化过程与多孔介质梯度的方向有关,沿热量传递方向梯度(x向梯度)变化对相变材料融化速率影响大,且低孔隙率多孔介质靠近高温壁面时相变材料融化速率最快;竖直方向梯度(z向梯度)变化对相变材料融化速率影响小,融化速率的不同主要体现在相变后期方腔内竖直方向温度均匀性的差异;相邻孔隙率差值的改变影响方向梯度多孔介质的传热能力。

基于土体细观结构重构技术的渗流场数值模拟

真实土体的细观结构由许多个大小不一的土颗粒团组成,传统四参数随机生长法(QSGS)构建的土体结构土颗粒团比较均匀,与实际情况存在较大的差异。为弥补这一缺陷,考虑土体孔隙率及自相关函数的影响,对传统的四参数随机生长法进行改进,实现了更接近于真实土体的细观结构重构。在此基础上基于格子Boltzmann方法,采用D2Q9模型,通过设置模型入口、出口边界为非平衡态外推格式,左右边界及土颗粒边界为标准反弹格式的边界条件,建立了模拟重构土体细观渗流场的二维模型。同时,针对一算例编制了相应的计算程序,研究了恒定流速入渗情况下重构土体的细观渗流场。研究表明:土体的渗流方向优先选择连通性较好孔隙所形成的通道,流速受控于通道整体连通性的优劣。整体贯通型的通道流动速度较快,部分连通的孔隙中其流动速度相对较慢。即使局部孔隙空间较大,其渗流速度仍取决于是否位于贯通型通道上。

多孔介质模型的三维重构方法

建立准确的多孔介质模型在微观渗流机理的研究中具有重要意义.为了更加方便准确地建立多孔介质模型,总结了多孔介质模型重构的物理实验方法和数值重构方法,通过重构方法的优缺点对比及适用性分析,优选出马尔可夫链-蒙特卡洛方法(MCMC).针对3种不同性质的多孔介质,采用MCMC方法分别对其进行了重构.结果表明,MCMC方法计算速度快,适用范围广泛,重构效果好.最后将MCMC方法扩展到三维空间,重构出三维多孔介质模型,为微观渗流机理的研究提供了一个模拟平台.

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明:决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质(水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向)的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。

多孔介质流动及传热的格子Boltzmann方法研究

基于随机四参数生长法构造不同孔隙度的多孔介质,采用稀疏矩阵存储方式存储内部流体节点、流固边界节点及物理边界节点。通过顶盖驱动流和方腔自然对流验证了格子Boltzmann方法处理多孔介质的传热问题的可行性。基于格子Boltzmann耦合传热模型,计算得到复杂多孔介质内的速度及温度分布云图,对多孔介质内的速度、温度与迭代时间及孔隙度的关系作了详细的分析。结果表明:多孔介质中速度和温度分布受孔隙度影响,相同压力梯度下,平均速度随着孔隙度的增加而增大;孔隙度相同时,平均速度随着压力梯度的增加而增大。相同温差条件下,随着孔隙度的增大,多孔介质中对流传热达到稳态的时间逐渐减小;多孔介质内最大温度出现在高温壁面处,靠近高温壁面的孔隙度越大,高温部分体积越大。相同条件下,孔隙度越小,多孔介质的平均温度越低。

碳纤维复合电极材料细观建模与拉伸模量预报

预测含复杂结构的多相复合材料等效弹性属性一直是当今复合材料领域研究的重点方向。针对微观随机分布孔隙/通道的多相复合电极材料建模困难计算精度低的问题,提出了三维随机生长算法来模拟材料基体的复杂孔洞结构,建立了含复杂微观结构的有限元模型,并对复合材料的宏观等效弹性性能进行计算,计算结果表明,基于三维随机生长方法建立的含复杂微观结构的单胞模型,计算结果与文献实验数据吻合,上述建模方法能够有效的模拟复合材料电极的复杂微观结构并预报材料的拉伸性能。