使用微观连续介质方法计算多尺度多孔材料数字孪生中的弥散度

微观连续介质方法是一种模拟多尺度多孔材料中流动和传输的新方法。对于此类材料，根据局部孔隙率 {\epsilon}，区域可划分为三个子域：完全解析的固相（{\epsilon}=0）、完全解析的孔隙（{\epsilon}=1.0）以及未解析的孔隙（0<{\epsilon}<1.0）。对于此类区域，流动可以使用达西-布林克曼-斯托克斯（DBS）方程求解，该方程在未解析孔隙（流动由达西定律描述）和解析孔隙（流动由纳维-斯托克斯方程描述）之间提供了无缝过渡。然后，可以使用体积平均方程对物质传输进行建模。在这项工作中，我们推导了微连续介质方法的闭合问题。然后，可以通过一个多阶段过程计算有效色散度张量。首先，选择高分辨率图像来表征未解析孔隙的结构。通过在高分辨率图像中求解基于直接数值模拟（DNS）的闭合问题，计算出未解析部分的孔隙率、渗透率和有效色散度。然后，将有效色散度表示为佩克莱特数的函数，该数描述了平流传输与扩散传输的比率。这一关系，连同孔隙率和渗透率，随后被整合到多尺度域中，并计算出整个图像的有效色散度张量。我们的新方法通过与多尺度二维微模型中完全解析模拟获得的数值解进行比较而得到验证。然后，将其应用于为两种多尺度材料（分级陶瓷泡沫和微孔碳酸盐岩）的数字孪生建立有效色散度模型。