[发明专利]基于多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)用可见光微观成像技术扫描半透明多孔介质，精确测量出多孔介质的孔隙度；

(2)对多孔介质微观结构建立三维正四棱锥的微观分形模型，通过微观分形模型计算出渗透率；

(3)用多孔介质的微观分形模型定量确定平均孔隙直径，从而根据杨-拉普拉斯方程计算出多孔介质的毛管进入压力；

步骤(3)从多孔介质微观结构中选择一个正四棱锥的研究单元，其孔隙度n和单元体积V_r分别为：

其中，V_r是正四棱锥研究单元的单元体积，R_v是多孔介质固相颗粒的半径，L_r是正四棱锥研究单元的边长；

由于正四棱锥的体积和边长存在以下关系：

因此，正四棱锥研究单元的边长和其中的孔隙体积为：

其中，V_rp是正四棱锥研究单元中的孔隙体积；

把正四棱锥研究单元里的孔隙近似为一个球体，从而计算出球体的直径λ_r1：

正四棱锥研究单元底部为正方形，其对应的总面积及孔隙面积分别为：

其中，A_rb为底面正方形的总体积，A_rbs为固相所占的面积，A_rbp为孔隙所占的面积；

将底面正方形中孔隙所占面积近似为一个圆，并计算圆的直径λ_r2，由于圆的面积和直径存在以下关系：

因此，

同理，正四棱锥研究单元的侧面为三角形，把孔隙所占面积也近似为一个圆，圆的直径λ_r3为：

其中，A_rsp是正四棱锥研究单元侧面的正三角形中孔隙面积，

正四棱锥研究单元中，固相颗粒间的空隙的距离ΔL_r为：

当流体在多孔介质中流动时，不仅会通过单元内的中间孔隙、底面和侧面的孔隙，也会流过颗粒之间的空隙，因此，孔隙直径d_o是λ_r1、λ_r2、λ_r3和颗粒间空隙距离ΔL_r的平均值：

将正四棱锥研究单元中的孔隙直径d_o作为其中毛细管的直径λ，就可以根据杨-拉普拉斯方程计算出毛管进入压力P_b：

其中，ω＝Fσcosθ，θ是流体和固体颗粒之间界面上的接触角，σ是界面上的表面张力，F是与多孔介质中毛细管形状和流体流动方向有关的参数；

(4)对多孔介质的渗透率和毛管进入压力的REV尺度进行定量评估；

(5)DNAPL注入半透明多孔介质进行迁移，用光透法监测DNAPL饱和度的分布；

(6)用多组分、多相流模拟程序UTCHEM建立数值模型模拟DNAPL的迁移，以REV的尺度为网格的尺度对二维半透明多孔介质进行剖分，把基于多孔介质三维微观结构模型定量确定的孔隙度、渗透率和毛管进入压力的数据转化成REV尺度的数据输入到UTCHEM中，对DNAPL在多孔介质中的迁移进行模拟。

2.根据权利要求1所述的多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法，其特征在于：步骤(1)将半透明多孔介质填入二维砂箱中饱水，可见光源从一侧照射砂箱，CCD相机在另一侧接收穿透二维半透明多孔介质的透射光信号，用可见光微观成像技术测量每个像素上半透明多孔介质的孔隙度：

其中，n是半透明多孔介质的孔隙度，I_s是穿透饱水的半透明多孔介质的可见光的透射光强，I_o是可见光源的原始光强，C是校正可见光透射误差的参数，α_s是固相的光吸收系数，d_s是饱水的半透明石英砂材料中固相颗粒的平均直径，L_T是半透明颗粒材料的厚度，e是欧拉常数，τ_s,w是固相-液相水界面的光透射率，d_o是孔隙的平均直径。