多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型 ,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明 ,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小 1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型 ,利用压汞数据计算了西峰油田长 8储层多孔介质微观孔隙的分形维数 ,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明 ,该区孔隙结构具有分形特征 ,分形维数为 1～ 2。分形维数越大 ,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强 ;分形系数越大 ,孔隙越发育 ,储层物性越好。     

有效应力下多孔介质微观结构的分形特征

以分形几何理论为基础,建立了有效应力的分形计算模型,分析和讨论了多孔介质微观结构和有效应力之间的关系,从微观角度上揭示有效应力对多孔介质孔隙结构的影响规律。研究结果表明:有效应力的分形计算模型可以描述有效应力与多孔介质微观结构之间的关系;随着有效应力的增大,多孔介质的分形维数呈指数增加,孔隙度呈指数递减,多孔介质中孔隙数呈指数递减趋势,孔隙平均半径呈减小趋势。     

基于孔喉模型的多孔介质对流换热系数的分形研究

多孔介质作为一种良好的蓄热和换热材料,在工农业生产中有着广泛应用,获取准确和适用范围广的多孔介质对流换热系数有重要的研究价值。本文先介绍了多孔介质分形理论基础,然后基于多孔介质孔喉模型并结合分形理论、渗流理论及对流换热理论对多孔介质对流换热系数关联式进行理论推导,最后将得出的对流换热系数与传统对流换热系数进行对比并进行了修正。修正后的分形解与传统解比较一致,在孔隙率0.25~0.5的范围偏差较小,而其形式也验证了外部绕流比内部管流更接近多孔介质流动本质。     

乳状液在多孔介质中的微观渗流特征

通过自制的微观孔隙模型做乳状液渗流实验,观察、分析了乳状液在多孔介质中的渗流特性。结果表明：乳状液在多孔介质中的流动特性非常复杂,堵塞十分明显,堵塞的机理主要有单个乳状液分散相液滴引起的堵塞、分散液滴无序拥挤引起的堵塞和细小液滴在管壁吸附引起的堵塞3种;流速较高时,乳状液在孔隙介质中的流变性表现为剪切变稀非牛顿型,与进入模型前乳状液的流变性一致。该研究对乳状液堵水方案设计、三元复合驱技术及乳状液驱油技术具有指导意义。     

基于分形理论的饱和多孔介质电导率模型建立

多孔介质具有复杂的内部孔隙结构,其固体基质的组成成分、内部孔隙的几何形状及其赋存于内部孔隙的液体成分都对多孔介质的电导率有较大影响,因此很难对其导电特性进行准确表征。多孔介质内部孔隙的不规则性表现出极强的分形特性,其分形维数在一定程度上能反映多孔介质的内部微观结构特征,且分形几何理论已经被用于多孔介质输运特性的研究中。为进一步丰富多孔介质电导率模型,促进对微观物理结构如何影响其宏观电导性的理解,本文基于分形理论,以多孔介质微结构参数（孔隙度、孔隙分形维数和曲率分形维数）为基础,建立了多孔介质的电导率模型。以现有试验数据为基础,对推导电导率模型的正确性进行验证,结果表明,两者具有较高的一致性,说明该电导率模型的正确性和有效性。     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D DT＜3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D DT＞3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D DT=3是特殊点,令D DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

基于分形理论的多孔介质渗透率的研究

多孔介质渗透率的准确确定是多孔介质传热传质研究的一个重要组成部分 ,而传统的 Taylor公式对于不均匀多孔介质的预测效果很不理想。为此 ,利用实际多孔介质剖面图 ,系统研究了颗粒粒径分布分形维数 b、多孔介质孔隙面积分布分形维数 d和孔隙谱维数 ds,在综合考虑了多孔介质孔隙比、颗粒粒径及孔隙连通性的基础上对 Taylor公式进行了改进和发展 ,所提出的新公式在实际预测中相当精确可靠 ,较好地克服了多孔介质复杂多变的几何结构的影响     

分形多孔介质渗透率与孔隙度理论关系模型

基于多孔介质微观孔隙结构的分形特征、毛管模型和Poiseuille方程建立了计算分形多孔介质宏观物性参数渗透率与孔隙度的理论模型,给出了二者之间新的理论关系式.分形多孔介质宏观物性参数及其关系式是多孔介质微观孔隙结构分维数、分形系数和微观结构参数的函数,不包含任何经验或实验常数.定量分析了多孔介质微观孔隙结构分维数、分形系数和微观结构参数对分形多孔介质宏观物性参数及其关联式的影响.理论计算结果与实验结果存在较好的一致性,表明理论模型是有效的.     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

多孔介质分形模型的难点与探索

对分形理论的一些关键而又复杂的概念，如谱维数，Hurst数，稳定分布进行了讨论，谱维数是联系分形介质中静态结构参数和动程的桥梁，而Hurst数的大小划分各种类型的分形布朗运动，这也同时决定了分形介质中扩散过程的快慢，物质在分形结构中的扩散密度分布函数属于稳定分布，并对应用于分形介质扩散动力学各种方法的实质进行了分析，分数微分扩散方程可以得到扩散密度分布函数，但目前仍然是一种近似解，随机模拟方法比较直观，但决定过程的扩散密度分布函数目前只能采用预估的方法，而传统的差分方法比较实用，却能以给出对分形介质网格之间的扩散系数，因此，将分形理论应用于实际的多孔介质仍然有很多难点，有待未来更深入的研究。     

硅粉水泥石中微孔界面分形结构实验研究

采用X射线小角散射(SAXS)技术,对硅粉水泥石中微孔孔界面分形结构进行实验研究．结果表明,硅粉水泥石中微孔界面不具有分明的边界,而是有一个2nm左右的电子密度缓变的过渡层;微孔界面具有分形结构特征,分形维数与3接近,说明其孔界面是非常粗糙的;水胶比、硅粉含量对孔界面分形维数具有显著的影响,笔者根据实验结果,从微观的角度进行了探讨性的解释．     

各向同性多孔介质中Kozeny-Carman常数的分形分析

Kozeny-Carman(KC)方程是多孔介质渗流领域最著名的半经验公式,长期以来,KC方程及其推广形式被广泛用于估算多孔介质的渗透率.但是,方程中的KC常数是一个没有确切物理意义的经验常数,且被证明并非一个常数值.天然多孔介质中的孔隙分布往往表现出自相似的分形标度律.因此,根据多孔介质的分形特征利用微观几何模型计算了各向同性多孔介质的有效渗透率,并进一步推导了KC常数的解析表达式.结果表明,KC常数是由多孔介质的微结构决定的,是孔隙率和分形维数的函数,且随着孔隙率的增加而增大.     

基于分形的多孔介质复合相变材料的储热特性

本文利用膨胀石墨和纳米颗粒来强化相变储热系统的传热性能。在膨胀石墨基体中填充含纳米颗粒的相变材料,用焓-孔隙度法模拟材料的相变过程。针对不规则的膨胀石墨孔隙结构,用三维W-M分形函数修正膨胀石墨孔隙率波动,以研究不同的孔隙率和有效导热系数比对固态显热蓄热阶段相变材料熔融速率的影响。在液态显热蓄热阶段时探讨膨胀石墨孔隙率以及纳米颗粒体积分数对相变储热系统中对流传热的影响。研究结果表明,分形分布的孔隙结构能有效地抑制纳米颗粒的自由运动从而降低了纳米颗粒的局部团聚的可能性,所以利用三维W-M分形函数修正的膨胀石墨比采用平均孔隙率能更好地模拟相变材料的熔融速率。在固态显热蓄热阶段,膨胀石墨孔隙率为0.8的相变材料熔融速率比孔隙率为0.85和0.9显著增加,另外,膨胀石墨与纳米颗粒-相变材料的有效导热系数比为100的熔融速率也明显比有效导热系数比为80和60的快。当相变材料处于液态显热蓄热阶段时,其在膨胀石墨孔隙中产生对流,对流传热速率随着膨胀石墨的孔隙率增大而增大,纳米颗粒体积分数的增加也会提高对流传热速率。     

生物陶瓷多孔结构的分形分析

生物陶瓷的多孔结构与其生物活性密切相关．采用扫描电镜(SEM)观察生物陶瓷的孔壁的显微结构，并采用计算机技术结合分形方法计算了多孔陶瓷内孔的分形维数，结果表明添加微孔造孔剂后，样品的表面分形维数都比未添加的样品大；分形维数数值之间的微小差别与添加的微孔造孔剂有一定的关系。     

多孔介质球向渗流的渗透率分形模型

基于分形理论与技术,该文研究了牛顿流体在多孔介质中球向渗流问题,提出了牛顿流体球向渗流渗透率模型,分析了多孔介质的微结构参数对球向渗透率的影响.研究结果表明,球向渗透率随孔隙面积分形维数和孔隙度的增加而增加,随迂曲度分形维数和径向距离r的增加而减小;本模型预期结果与Chang和Yortsos的模型相比较吻合较好,证实了球向渗透率分形模型的正确性.