常见多孔介质简易重构法

周亮 刘琰 魏朝晖

摘 要：多孔介质在自然界和工业生产中应用非常广泛，实物状多孔形貌在理论研究时需要对结构进行数据信息转化。针对常见的随机形、纤维丝形和圆形结构，建立简易的固体生长步骤，通过计算机重构出各种多孔形貌，并对不同相区域进行数据化命名以便识别和应用。

关键词：多孔介质;计算机重构;数据识别

1 绪论

多孔介质指固体物质骨架和骨架间孔隙组成的共同空间，如岩石、土壤、植物组织、毛细血管等。不同的固体骨架形状使孔隙呈现不同的形貌，众多的孔隙使多孔介质有非常大的比表面积。当气体或者液体流经相互连通或部分连通的孔隙时，形成多孔介质渗流。孔隙结构形貌直接影响渗流的特性，本文选择常见的随机形、纤维丝形和圆形多孔结构（见图1），采用计算机重构多孔形貌，实现多孔结果的数据信息化。

2 重构方法与结果

随机形多孔介质采用四参数法[1]生成。四参数分别指生长方向、生长核分布概率、生长概率和生长相份额。二维多孔体需要8个生长方向，三维则需要26个生长方向。在初始化构造空间之前，以固体相作为生长相，按照给定的生长核分布概率和生长概率随机累积不同方向的颗粒层，以固体份额作为结束判定标准，生成特定孔隙率的随机多孔结构。

纤维丝随机结构由众多独立的固体圆柱组成。空间中随机选择两个点并确定一条直线，对于二维或三维空间，某点到轴线的距离小于纤维丝规定的半径，则设置为固体相;逐渐生成众多圆柱体直至到达规定的孔隙率。此外，通过控制随机直线的方位角可实现纤维丝的方向均匀程度。

随机圆形颗粒体以众多圆形或球体组成。根据给定生长核分布概率随机确定圆心或球心的位置，对不同圆（球）心按照随机的生长概率生长一层圆面或球面，直至到达规定的孔隙率。此外，通过控制不同圆形或球体是否发生重叠，可实现弹性结构和刚性结构。

对上述多孔结构的相区域进行数据化设置，将固体相设为“1”，孔隙相设为“0”，输出多孔介质数据文件并用Tecplot后处理进行结构图像化，如图1至圖3所示。

3 结论

针对常见的随机形、纤维丝形及圆形多孔介质，采用计算机简易程序按照不同的生长步骤，重构出各多孔结构的二维形貌和三维形貌体。可通过调整生长核分布概率、生长概率控制随机特性，通过孔隙率、纤维丝直径、方位角、圆半径等参数实现规定的多孔结构参数。

参考文献：

[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.

基金项目：西安市科技计划项目“新型脂肪酸/碳纳米管相变复合材料在蓄能换热器中的热物性测试及强化传热研究”，项目编号：201805032YD10CG16（6）

作者简介：周亮（1988-），女，汉族，陕西西安人，讲师，研究方向：多孔介质输运。