基于微型CT重构的多孔单体的鲁棒孔径分辨 CFD：从数字化到流动预测

多孔介质在能源储存与转换、催化、生物力学、地下水学等众多领域都普遍存在。这些材料具有高的比表面积，其复杂的通道可以限制和引导流动。然而，由于多孔介质结构复杂，针对特定应用优化设计参数仍然具有挑战性。孔径分辨 CFD 能揭示其结构对流动特征的影响，但受限于处理此类复杂几何结构的网格生成算法性能。为缓解此问题，我们采用尖锐嵌入边界方法，使其在大规模并行有限元框架内能够使用笛卡尔坐标、非共形网格。该方法保持数值方案的阶收敛性，并允许自适应网格细化（AMR）。我们引入基于径向基函数的固体表示方法，使其能够精确求解穿透复杂几何体的流动。我们通过方法制造解来验证该方法。我们使用通过 X 射线计算微型断层扫描数字化的多孔硅胶单体进行验证，孔径雷诺数最高可达30。仿真使用 2000 万网格单元在 8000 核上进行计算，若不使用 AMR 则需要更多 16 倍的网格单元。结果表明，孔网络结构是描述压力演化的主要因素， preferential channels 在该尺度下占主导地位。本工作展示了一种稳健且高效的多孔单体孔径分辨仿真工作流程。本工作填补了亚毫米尺度流动与宏观性质之间的鸿沟，这将为利用基于物理的数字孪生体对复杂多孔介质的工艺设计和优化打开大门。