基于X-CT圖像的多孔介質(zhì)重建及其流動(dòng)傳熱模擬.pdf

1、多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象普遍存在于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境工程中，如熱管、燃料電池、太陽(yáng)能集熱管、干燥過(guò)程及石油開(kāi)采工藝等。鑒于多孔介質(zhì)有如此廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，無(wú)論是從科學(xué)研究還是從各類(lèi)工程應(yīng)用來(lái)看，研究多孔介質(zhì)中的流體流動(dòng)和能量傳遞現(xiàn)象都具有極其重要的意義。
　　由于多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，并且孔隙內(nèi)流體流動(dòng)傳熱的控制方程高度的非線性，選用何種方式精確求解多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)傳熱規(guī)律至關(guān)重要。基于此，本文選用對(duì)計(jì)算機(jī)斷層成像技

2、術(shù)(X-CT)獲得的多孔介質(zhì)圖像進(jìn)行處理的方法，精確構(gòu)建多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)并用格子Boltzmann方法對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬。這種方法可以精確的求解出多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)傳熱細(xì)節(jié)。
　　針對(duì)不同孔隙結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)，通過(guò)X-CT得到特定典型切面的多孔介質(zhì)圖像。對(duì)得到的多孔介質(zhì)圖像進(jìn)行處理，通過(guò)不同的處理方法的對(duì)比選取了最為恰當(dāng)?shù)膱D像處理方法，主要包括高斯濾波、邊緣增強(qiáng)、邊緣提取、Otsu方法閾值分割等操作，得到了幾種多孔介質(zhì)不同二維孔隙結(jié)構(gòu)

3、圖。對(duì)多孔介質(zhì)X-CT的序列圖像進(jìn)行預(yù)處理，主要有濾波去噪、圖像增強(qiáng)等操作，在圖像序列處理的基礎(chǔ)上利用移動(dòng)立方體算法(marchingcubes，MC)，對(duì)幾種多孔介質(zhì)進(jìn)行了可視化的表面三維建模，獲得了形象直觀的三維多孔介質(zhì)內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)圖，為精確求解真實(shí)多孔介質(zhì)內(nèi)的傳熱流動(dòng)規(guī)律奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這種三維表面建模方法對(duì)工業(yè)中零件的制造、復(fù)雜物體三維打印、生物醫(yī)學(xué)圖像處理等具有借鑒意義。
　　在Palapos平臺(tái)的基礎(chǔ)上，采用具有介觀

4、特性的LBM模擬方法，結(jié)合多孔介質(zhì)X-CT圖像處理得到的多孔介質(zhì)二維及三維孔隙結(jié)構(gòu)，模擬計(jì)算了二維方形腔體、二維多孔介質(zhì)復(fù)合腔體和三維多孔介質(zhì)腔體的自然對(duì)流。分別對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)的流體和固體應(yīng)用相應(yīng)的演化分布函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了流固共軛傳熱，得到了介觀尺度上多孔介質(zhì)內(nèi)部的流動(dòng)傳熱模擬結(jié)果。依據(jù)LBM計(jì)算結(jié)果，從而能夠準(zhǔn)確把握孔隙尺度實(shí)際多孔介質(zhì)的流動(dòng)和傳熱機(jī)理及其影響規(guī)律，并能夠獲取多孔介質(zhì)內(nèi)部的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，以更深層次揭示介觀多孔介質(zhì)內(nèi)部流體及