颗粒材料排水的孔隙尺度模拟：有限尺寸效应与代表性基本体积
软凝聚态物质
2016-01-06 v1 材料科学
摘要
本文引入了一种用于多分散球体致密堆积中两相流的孔隙尺度模型。该模型是基于离散元方法的更普遍的水力-力学耦合框架的组成部分，将在未来论文中详述。此处重点在于生成映射球形颗粒间空隙空间的孔隙网络，以及定义控制主要排水过程的局部准则。孔隙空间通过正则三角剖分(Regular Triangulation)分解，从中识别出一组由喉道连接的孔隙。基于平衡时毛细管压力与表面张力的平衡，为每个喉道评估局部入口毛细管压力。该模型反映了后退润湿相中孤立斑块可能被捕集的情况。通过与排水实验对比进行了验证。报道了一系列模拟以阐明尺寸与边界效应，这是在模拟或实验中研究球形颗粒小样品时的关键问题。对不同尺寸样品的重复测试给出的含水率演化不仅分散，而且对于小样品尺寸存在强烈偏差。需要超过20,000个球体才能将饱和度的偏差降至0.02以下。通过对64,000个球体的大样品进行子采样生成了附加统计。其表明，评估饱和度所需的最小采样体积比以相同精度测量孔隙率所需的采样体积大一百倍。这种对样品尺寸的要求导致了对高效计算机代码的需求。本文描述的方法具有较低的算法复杂度以满足该要求。它非常适合于进一步发展为耦合流-变形问题，其中微观结构的演化需要频繁更新孔隙网络。
引用
@article{arxiv.1601.00840,
title = {Pore-scale simulations of drainage in granular materials: finite size effects and the representative elementary volume},
author = {Chao Yuan and Bruno Chareyre and Félix Darve},
journal= {arXiv preprint arXiv:1601.00840},
year = {2016}
}
备注
to appear in Advances in Water Resources