使用增材制造开发随机重建的3D多孔介质微型模型:数值和实验验证

科学领域:

• 孔隙介质物理学的物理
• 地质工程是地质工程.
• 微流体学 微流体学

背景情况:

• 研究巨孔材料中的运输过程需要精确的孔尺度模型.
• 现有的方法很难复制天然砂岩的复杂孔状结构.
• 了解孔隙结构与透性等宏观性质之间的关系至关重要.

研究的目的:

• 提出设计和制造宏材料3D微型模型的综合方法.
• 为了创建高分辨率的,类似砂岩的微型模型,用于孔尺度运输研究.
• 根据天然砂岩特性和数值模拟来验证制造的微型模型.

主要方法:

• 随机重建算法用于设计可调节的孔径和相关长度的3D微型模型.
• 最先进的3D打印 (材料喷射技术) 用于制造高分辨率的微型模型.
• 进行X射线微CT和微流体研究,以描述孔尺度和代表性基本体积 (REV) 属性.
• 孔尺度流量模拟和地理统计模型用于与实验结果进行比较.

主要成果:

• 制造的3D微型模型准确地代表了自然砂岩的缩放复制品.
• 设计和制造3D领域的数值和实验测量之间的优异一致性.
• 科泽尼-卡曼公式准确地使用单个参数 ($$) 预测孔径的透性.
• 在较低的毛孔度增加的非穿透毛孔的识别,影响临界毛孔度附近的毛孔度.

结论:

• 拟议的方法可稳定构建具有受控孔尺度特征的3D微型模型.
• 该方法允许定制样本大小以满足REV约束.
• 研究结果提供了关于毛孔结构,毛孔性和透性在宏材料之间的关系的见解.