以基于拓扑的模型替代颗粒材料的物理测试
流体动力学
2021-09-21 v1
摘要
在堆积颗粒材料研究中，样品的性能（例如高能炸药的爆轰）常与流经其中的流体测量相关。“有效表面积”即可被气流触及的表面积，通常使用渗透仪装置测量，其通过 Carman-Kozeny 方程将流导与可渗透表面积关联。该方程可计算给定压降下流经样品中堆积颗粒的流体流速。然而，Carman-Kozeny 对隧道形状和流路做了固有假设，在颗粒具有宽泛的形状、尺寸和长宽比分布时（许多具有技术与商业价值的粉末体系正是如此）可能不准确地成立。为应对此挑战，我们在粉末材料的微 CT 图像上虚拟复现这些测量，引入一种基于 Morse-Smale 复形骨架的新孔隙网络模型。孔隙被识别为复形的 basins，其关联编码邻接关系，它们之间的毛细管传导率由界面处横截面计算。我们构建并求解一个电阻网络以计算流经孔隙结构的近似层流流体。我们提供两种估算流渗透表面积的方法：(i) 通过传导率的直接计算，以及 (ii) 通过识别流中的死端并结合等值面提取及 Carman-Kozeny 方程的应用，旨在一系列颗粒形状、尺寸、孔隙率和空隙分布模式下建立一致性。
引用
@article{arxiv.2109.08777,
title = {Towards replacing physical testing of granular materials with a Topology-based Model},
author = {Aniketh Venkat and Attila Gyulassy and Graham Kosiba and Amitesh Maiti and Henry Reinstein and Richard Gee and Peer-Timo Bremer and Valerio Pascucci},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.08777},
year = {2021}
}