[发明专利]一种二维规则多孔介质几何模型的构建方法和构建装置

说明书

本发明公开了一种二维规则多孔介质几何模型的构建方法，包括确定多孔介质几何模型的目标参数，预估目标模型颗粒数量，随机生成颗粒半径数组，为颗粒确定目标圆心坐标，每次确定目标圆心坐标后判定孔隙度并输出模型。另外本发明还公开了一种二维规则多孔介质几何模型的构建装置，包括目标参数确定模块、颗粒数量预估模块、半径数组生成模块、目标圆心坐标确定模块、孔隙度判定输出模块。本发明的方法和装置能够快速生成颗粒大小不同、位置分布随机、且具有多样化的不规则孔隙通道特征的多孔介质模型。对于目标孔隙度较小、颗粒数量较大的模型，本发明通过排除已确定的目标圆心坐标，能够更有效地生成目标多孔介质模型。

技术领域

本发明涉及多孔介质模型重构，具体涉及二维规则多孔介质几何模型的构建方法及构建装置。

背景技术

多孔介质是由固体颗粒骨架和孔隙共同组成的介质，其孔隙可供液相或气相物质等流体流动。日常生活中的纸张、纤维、土壤、混凝土、生物组织等都是常见的多孔介质，对于多孔介质内部结构的研究也是各个领域所关注的重点。在地下水科学领域，多孔介质的重构是进行渗流和污染物溶质运移研究的基础，多孔介质的孔隙结构、孔隙通道形态特征对于污染物的迁移、混合及反应过程有重要影响，重构与真实情况相符的多孔介质模型十分关键。目前，对于常规的物理成像法，虽然能还原天然岩土体材料中的多孔介质特征，但成本高昂且操作困难，只能获得尺寸较小的模型；而现有的数值方法生成的多孔介质模型颗粒随机性较差且排列规则，形态理想化不利于反映复杂的孔隙通道特征。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种二维规则多孔介质几何模型的构建方法，可生成由规则颗粒随机分布所构成的二维多孔介质模型。本发明的另一目的在于提供一种二维规则多孔介质几何模型的构建装置。

技术方案：本发明提供了一种二维规则多孔介质几何模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定多孔介质几何模型的目标参数，目标参数包括：目标模型生成区域的长度l和高度h、平均颗粒半径颗粒半径分布标准差σ、相邻颗粒间的最小间距d_min、目标孔隙度允许的孔隙度误差范围δ；(2)根据目标参数，计算出目标模型颗粒数量的预估值n；(3)在平均颗粒半径和颗粒半径分布标准差的限制下，随机生成满足截断对数分布的颗粒半径组成颗粒半径数组，颗粒半径数组的大小与颗粒数量的预估值相等，每个颗粒半径对应相应的圆形颗粒；(4)在目标模型的生成区域内，为每个颗粒确定目标圆心坐标：包括(41)游历颗粒半径数组中的每一颗粒半径；(42)利用随机数生成一坐标作为当前颗粒半径对应颗粒的圆心坐标；(43)判定对应颗粒与相邻颗粒之间的距离：若对应颗粒与相邻颗粒之间的距离不小于相邻颗粒间的最小间距，则将圆心坐标确定当前颗粒的目标圆心坐标；否则，重复步骤(42)-(43)，直至确定当前颗粒的目标圆心坐标；(5)每次确定目标圆心坐标后，对模型孔隙度进行判定，若孔隙度在目标孔隙度的误差范围之内，则输出多孔介质模型作为目标模型；否则继续步骤(4)-(5)。

进一步地，目标模型颗粒数量的预估值n根据公式计算得出。

进一步地，将每个颗粒的颗粒半径与平均颗粒半径的误差控制在颗粒半径分布标准差σ的两倍以内。

进一步地，在步骤(41)中按照颗粒半径从大到小的顺序游历颗粒半径数组中的每一颗粒。

进一步地，目标参数还包括首轮随机生成坐标数量的预定值m，每次随机生成坐标后，对已随机生成的坐标数量进行判定：若超出预定值m，则在后续随机生成坐标时，排除已确定的目标圆心坐标。有助于提高模型生成效率。