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基于真实多孔介质三维重建的两相渗透流动及空隙形成的研究的开题报告
一、研究背景
多孔介质广泛存在于生产和生活中，如岩石、土壤、过滤材料、生物组织等。多孔介质在多种物理、化学、生物过程中都扮演着重要的角色，如地下水运移、油气储藏和开采、土壤水分运移、地震波传播、电荷传导、生物固体培养等。多孔介质的物理性质和流动特征与其内部空隙的形状和大小分布密切相关，因此准确描述多孔介质内部的空隙形态和分布对于理解和模拟多孔介质运动过程具有重要意义。
在过去几十年中，针对多孔介质的三维重建和数字化建模得到了快速发展，其中应用最广泛的方式是基于X射线、CT（computedtomography）、MRI（magneticresonanceimaging）等成像技术。这些技术可以利用细微的物理差异分辨空隙和固体，重建出真实的三维多孔介质结构。目前，国内外许多研究团队已基于这些成像技术成功重建了多种多孔介质的三维结构，如砂岩、泥岩、多孔陶瓷、泡沫塑料等。
然而，一直以来，由于多孔介质内部复杂的物理运动过程和丰富多样的微观结构，对于多孔介质内部空隙形态和导流路径的模拟都是非常困难的。尤其在两相（如气液、固液）渗透流动过程中，多孔介质中的气体和液体分布与运动状态往往对流动速度和压力分布产生显著影响，因此准确地描述和模拟多孔介质中两相渗透流动过程对于应用前景广阔的石油勘探和地下水保护等领域具有重要意义。
因此，本研究旨在利用基于X射线、CT等技术获得的多孔介质三维结构数据，开展两相渗透流动的数值模拟，并结合实验验证，探究多孔介质内部空隙形态对渗透流动和气液界面形成的影响。
二、研究内容
（一）多孔介质三维重建
本研究将采用基于X射线或CT成像技术获得的多孔介质实物样本，并借助计算机成像技术将其转化为三维数字模型。通过对数字模型的处理和优化，可以计算得到多孔介质中各物质相的体积分数、孔隙度、孔隙连通性等参数。同时，将通过对多孔介质间空隙结构造型的变化进行深入研究，探究空隙形态变化对两相渗透流动的影响。
（二）两相渗透流动模拟
针对多孔介质内两相（气液）流动过程中存在的非线性流动行为等问题，本研究将采用先进的数值模拟方法，建立非稳态、非线性的多孔介质两相渗透流动模型。通过对模型中的物理参数进行求解，计算得到渗透流动过程中两相的速度分布、压力场变化以及物质浓度分布等相关参数，以实现对多孔介质中气液渗透流动特性的深入分析。
（三）实验验证
为了进一步考察多孔介质内两相渗透流动的真实情况，本研究将针对实物样本，开展模拟渗透流动实验和气液传递特性实验。通过对实验数据的测量和分析，与模拟结果进行对比，验证本研究关于多孔介质两相渗透流动的数值模拟的准确性和可靠性。
三、预期成果
本研究旨在通过基于真实多孔介质三维重建的两相渗透流动及空隙形成的研究，从空隙形态变化的角度深入探究渗透流动过程，重点研究物质传递、物质分布、气液界面形成等热点问题。预期结果如下：
（一）完成多孔介质样本的三维重建
（二）建立多孔介质两相渗透流动的数值模型
（三）开展多孔介质两相渗透流动的实验验证
（四）分析多孔介质空隙形态变化对气液界面形成的影响
（五）在国内外相关领域发表学术论文、参加国内外学术会议
四、研究意义
本研究通过基于真实多孔介质三维重建的两相渗透流动及空隙形成的研究，不仅有助于深化对多孔介质空间结构和渗透流动过程的理解，同时也能为各种多孔介质应用领域提供技术支持和解决方案。具体而言，本研究的意义体现在以下几个方面：
（一）推进多孔介质三维数字建模技术的发展，提高多孔介质流动过程模拟的准确性和可靠性。
（二）探究多孔介质内部空隙形态与两相流动特性的关系，为多孔介质流动过程中气液交换、物质输运等过程的研究提供有价值的数据支撑。
（三）拓展多孔介质流动模拟的应用领域，如地下水保护、油气储藏和开采、土壤水分运移、生物组织生长等领域。
通过本研究的成果，可以为多孔介质的理论研究和工程应用提供有效的技术手段和理论支持，具有重要的学术和应用价值。