[發(fā)明專利]基于多孔介質三維微觀結構模型的DNAPL遷移數(shù)值模擬方法

有效

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• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107808049B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 吳劍鋒;吳鳴;吳吉春
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐瑩

1.一種基于多孔介質三維微觀結構模型的DNAPL遷移數(shù)值模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)用可見光微觀成像技術掃描半透明多孔介質，精確測量出多孔介質的孔隙度；

(2)對多孔介質微觀結構建立三維正四棱錐的微觀分形模型，通過微觀分形模型計算出滲透率；

(3)用多孔介質的微觀分形模型定量確定平均孔隙直徑，從而根據(jù)楊-拉普拉斯方程計算出多孔介質的毛管進入壓力；

步驟(3)從多孔介質微觀結構中選擇一個正四棱錐的研究單元，其孔隙度n和單元體積V_r分別為：

其中，V_r是正四棱錐研究單元的單元體積，R_v是多孔介質固相顆粒的半徑，L_r是正四棱錐研究單元的邊長；

由于正四棱錐的體積和邊長存在以下關系：

因此，正四棱錐研究單元的邊長和其中的孔隙體積為：

其中，V_rp是正四棱錐研究單元中的孔隙體積；

把正四棱錐研究單元里的孔隙近似為一個球體，從而計算出球體的直徑λ_r1：

正四棱錐研究單元底部為正方形，其對應的總面積及孔隙面積分別為：

其中，A_rb為底面正方形的總體積，A_rbs為固相所占的面積，A_rbp為孔隙所占的面積；

將底面正方形中孔隙所占面積近似為一個圓，并計算圓的直徑λ_r2，由于圓的面積和直徑存在以下關系：

因此，

同理，正四棱錐研究單元的側面為三角形，把孔隙所占面積也近似為一個圓，圓的直徑λ_r3為：

其中，A_rsp是正四棱錐研究單元側面的正三角形中孔隙面積，

正四棱錐研究單元中，固相顆粒間的空隙的距離ΔL_r為：

當流體在多孔介質中流動時，不僅會通過單元內的中間孔隙、底面和側面的孔隙，也會流過顆粒之間的空隙，因此，孔隙直徑d_o是λ_r1、λ_r2、λ_r3和顆粒間空隙距離ΔL_r的平均值：

將正四棱錐研究單元中的孔隙直徑d_o作為其中毛細管的直徑λ，就可以根據(jù)楊-拉普拉斯方程計算出毛管進入壓力P_b：

其中，ω＝Fσcosθ，θ是流體和固體顆粒之間界面上的接觸角，σ是界面上的表面張力，F(xiàn)是與多孔介質中毛細管形狀和流體流動方向有關的參數(shù)；

(4)對多孔介質的滲透率和毛管進入壓力的REV尺度進行定量評估；

(5)DNAPL注入半透明多孔介質進行遷移，用光透法監(jiān)測DNAPL飽和度的分布；

(6)用多組分、多相流模擬程序UTCHEM建立數(shù)值模型模擬DNAPL的遷移，以REV的尺度為網(wǎng)格的尺度對二維半透明多孔介質進行剖分，把基于多孔介質三維微觀結構模型定量確定的孔隙度、滲透率和毛管進入壓力的數(shù)據(jù)轉化成REV尺度的數(shù)據(jù)輸入到UTCHEM中，對DNAPL在多孔介質中的遷移進行模擬。

2.根據(jù)權利要求1所述的多孔介質三維微觀結構模型的DNAPL遷移數(shù)值模擬方法，其特征在于：步驟(1)將半透明多孔介質填入二維砂箱中飽水，可見光源從一側照射砂箱，CCD相機在另一側接收穿透二維半透明多孔介質的透射光信號，用可見光微觀成像技術測量每個像素上半透明多孔介質的孔隙度：

其中，n是半透明多孔介質的孔隙度，I_s是穿透飽水的半透明多孔介質的可見光的透射光強，I_o是可見光源的原始光強，C是校正可見光透射誤差的參數(shù)，α_s是固相的光吸收系數(shù)，d_s是飽水的半透明石英砂材料中固相顆粒的平均直徑，L_T是半透明顆粒材料的厚度，e是歐拉常數(shù)，τ_s,w是固相-液相水界面的光透射率，d_o是孔隙的平均直徑。