基于X-CT圖像的多孔介質(zhì)重建及其流動傳熱模擬.pdf

1、多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動和傳熱傳質(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、太陽能集熱管、干燥過程及石油開采工藝等。鑒于多孔介質(zhì)有如此廣泛的實際應用價值，無論是從科學研究還是從各類工程應用來看，研究多孔介質(zhì)中的流體流動和能量傳遞現(xiàn)象都具有極其重要的意義。
　　由于多孔介質(zhì)的孔隙結構十分復雜，并且孔隙內(nèi)流體流動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)的流動傳熱規(guī)律至關重要?；诖?，本文選用對計算機斷層成像技

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

3、圖。對多孔介質(zhì)X-CT的序列圖像進行預處理，主要有濾波去噪、圖像增強等操作，在圖像序列處理的基礎上利用移動立方體算法(marchingcubes，MC)，對幾種多孔介質(zhì)進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)部孔隙結構圖，為精確求解真實多孔介質(zhì)內(nèi)的傳熱流動規(guī)律奠定了堅實的基礎。這種三維表面建模方法對工業(yè)中零件的制造、復雜物體三維打印、生物醫(yī)學圖像處理等具有借鑒意義。
　　在Palapos平臺的基礎上，采用具有介觀

4、特性的LBM模擬方法，結合多孔介質(zhì)X-CT圖像處理得到的多孔介質(zhì)二維及三維孔隙結構，模擬計算了二維方形腔體、二維多孔介質(zhì)復合腔體和三維多孔介質(zhì)腔體的自然對流。分別對多孔介質(zhì)內(nèi)的流體和固體應用相應的演化分布函數(shù)，實現(xiàn)了流固共軛傳熱，得到了介觀尺度上多孔介質(zhì)內(nèi)部的流動傳熱模擬結果。依據(jù)LBM計算結果，從而能夠準確把握孔隙尺度實際多孔介質(zhì)的流動和傳熱機理及其影響規(guī)律，并能夠獲取多孔介質(zhì)內(nèi)部的溫度場和速度場，以更深層次揭示介觀多孔介質(zhì)內(nèi)部流體及