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微观流动

  • 多孔介质LBM流体仿真与渗透率计算系统

    本项目是一个基于MATLAB环境开发的格子波尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)数值计算程序,专门用于模拟和分析流体在多孔介质内部的复杂流动行为。该程序利用介观尺度的粒子分布函数演化来求解宏观流体动力学方程(Navier-Stokes方程),特别适合处理具有极其复杂几何边界的孔隙流动问题。程序的核心功能和实现细节如下:首先,采用经典的D2Q9(二维九速)或D3Q19(三维十九速)离散速度模型,结合单松弛时间(SRT-BGK)碰撞算子进行流场演化,保证了计算的效率与物理准确性。其次,具备强大的多孔介质建模能力,内置四参数随机生长法(QSGS)算法可自动生成具有指定孔隙率的随机多孔结构,同时也支持直接导入二值化图像(如CT扫描切片)作为计算域,实现对真实岩心或多孔材料的数字化重构。在边界条件方面,针对多孔介质内部复杂的固-液界面,实现了标准的半步长反弹(Half-way Bounce-back)格式以精确满足无滑移边界条件,进出口界面则采用Zou-He压力或速度边界条件来驱动流体流动。此外,程序集成了完整的数据后处理模块,能够实时监控数值模拟的收敛过程(残差曲线),并基于MATLAB图形库生成高质量的可视化结果,包括流体速度矢量图、流线图、密度/压力云图以及涡量场分布。最后,程序包含物理特性分析功能,能够基于达西定律(Darcy's Law),利用模拟得到的稳态平均渗流速度和压力梯度,自动计算多孔介质的绝对渗透率,为石油开采、地下水污染扩散及过滤材料设计提供关键参数支持。

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