岩石微尺度模型重建及其熱-流-固耦閤細觀機理研究 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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宋睿 著

圖書標籤:

• 岩石力學
• 微尺度建模
• 熱-流-固耦閤
• 細觀機理
• 數值模擬
• 多孔介質
• 岩石物理
• 損傷力學
• 連續介質力學
• 數值計算

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030554789

版次：01

商品編碼：12278829

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2018-01-01

頁數：184

字數：227800

正文語種：中文

內容簡介

　　本書是作者近年來在岩石微尺度孔隙建模研究及岩石熱流-固耦閤細觀機理研究的成果總結。全書共分9章，第一章簡要介紹瞭岩石微尺度建模及熱流-固耦閤細觀機理研究的研究現狀及不足，簡要概述瞭全書的主要內容與創新點；第二章介紹瞭岩石微米級成像技術分類、岩石微尺度圖像處理方法及孔隙度與孔徑分布參數的獲取；第三章介紹瞭基於微流邊界層理論的孔隙流體熱流固耦閤數學模型及實現方法；第四章介紹瞭二維微觀水驅油物理模型實驗及數值模擬研究；第五章介紹瞭基於*大球法構建的等效孔隙網絡模型方法，及基於該模型的單相、油水兩相滲流數值模擬；第六章介紹瞭岩石非結構化網格模型重建方法及基於該模型的單相、油水兩相滲流數值模擬和單相流固耦閤機理研究；第七章介紹瞭岩石結構化網格模型重建方法，並與第五、第六章中的重建方法進行瞭對比分析；第八章介紹瞭基於岩石微米壓痕實驗的微尺度岩石力學參數的獲取，並利用結構化網格模型再現瞭瞭微米壓痕實驗過程，預測瞭岩石微米尺度下的屈服極限；第九章介紹瞭基於岩石結構化網格模型的熱流固耦閤機理數值模擬研究成果

目錄

目 錄
第1章 緒論1
1.1 研究目的與意義1
1.2 國內外研究現狀2
1.2.1 孔隙結構獲取及錶徵研究動態2
1.2.2 岩石熱-流-固耦閤研究現狀14
1.3 主要研究內容與技術路綫18
1.3.1 主要研究內容18
1.3.2 研究技術路綫19
第2章 岩心微CT成像及孔喉參數獲取21
2.1 岩心微CT成像實驗21
2.1.1 岩心成像簡介21
2.1.2 微CT成像技術22
2.1.3 三維岩石微觀CT圖像23
2.2 圖像處理27
2.2.1 圖像提取27
2.2.2 圖像降噪及二值化28
2.3 岩心特徵參數獲取31
2.3.1 利用樣品圖像計算孔隙度31
2.3.2 孔徑分布計算33
2.4 本章小結35
第3章 基於N-S方程的多孔介質流體輸運數學模型36
3.1 基於微流邊界層理論的孔隙多相流體滲流數學模型37
3.1.1 基本方程組37
3.1.2 多相流體錶麵張力及潤濕性錶徵39
3.1.3 微觀水驅油過程模擬40
3.1.4 岩石骨架變形數學模型41
3.2 岩石熱-流-固耦閤的實現過程41
3.3 微流邊界層理論及應用43
3.3.1 固體錶麵對液體分子間作用力43
3.3.2 微流邊界層內流體黏性係數45
3.3.3 微毛細管單相滲流數值模擬及實驗驗證45
3.3.4 微毛細管油水兩相滲流數值模擬51
3.4 本章小結54
第4章 二維微觀水/CO2驅油實驗及數值模擬研究55
4.1 微觀水驅油模型實驗55
4.2 二維孔隙模型重建及壁麵距離的求解56
4.2.1 二維孔隙模型重建56
4.2.2 壁麵距離求解58
4.3 數值模擬58
4.3.1 微觀水/CO2驅飽和油數值模擬58
4.3.2 油驅水後水驅油62
4.4 本章小結64
第5章 基於最大球法的等效孔隙網絡模型構建及滲流規律研究65
5.1 基於最大球法的孔隙網絡模型重建65
5.1.1 建模流程65
5.1.2 孔隙網絡模型參數分析68
5.2 基於泊肅葉定律的兩相滲流數學模型71
5.2.1 滲透率計算71
5.2.2 準靜態油水驅替過程模擬72
5.3 單相及油水兩相滲流數值模擬結果73
5.3.1 絕對滲透率預測73
5.3.2 油水兩相滲流過程預測74
5.3.3 不同潤濕性條件下水驅油兩相滲流規律76
5.4 本章小結78
第6章 基於非結構化網格模型的水驅油過程及流-固耦閤機理研究79
6.1 微尺度岩心三維非結構化網格模型建模79
6.2 單相及油水兩相滲流機理研究81
6.2.1 單相流模擬及滲透率預測82
6.2.2 油水兩相滲流模擬84
6.3 單相流-固耦閤數值模擬研究86
6.3.1 模型相關參數86
6.3.2 流-固耦閤數值模擬88
6.4 本章小結91
第7章 岩心微尺度結構化網格模型重建方法及與其他重建模型的對比分析93
7.1 結構化網格建模流程93
7.2 等效孔隙網絡模型、非結構化和結構化網格模型的對比分析100
7.2.1 模型拓撲結構對比101
7.2.2 絕對滲透率預測對比107
7.2.3 油水驅替過程預測對比108
7.3 本章小結111
第8章 基於壓痕實驗的岩心微觀力學性能測試113
8.1 壓痕實驗簡介114
8.2 基於壓痕實驗的岩石力學參數測定115
8.2.1 實驗過程115
8.2.2 實驗數據處理117
8.3 基於壓痕實驗數據和岩樣微尺度有限元模型的數值模擬研究119
8.3.1 幾何模型121
8.3.2 數值模擬122
8.4 本章小結127
第9章 熱-流-固耦閤作用下水驅油機理研究128
9.1 油水兩相滲流128
9.1.1 水驅飽和油模型128
9.1.2 流體物性的影響130
9.1.3 岩石潤濕性的影響140
9.2 熱-流-固耦閤數值模擬142
9.2.1 模型邊界條件142
9.2.2 應力和溫度對孔隙結構演化及滲透率的影響143
9.2.3 應力、溫度對水驅油效果的影響150
9.3 本章小結154
參考文獻156

晶體結構演化與材料本徵性能的跨尺度模擬 本書聚焦於現代材料科學與工程領域的前沿課題——基於第一性原理和分子動力學方法的晶體結構演化與材料本徵性能的精細化模擬。全書係統梳理瞭當前計算材料學領域的核心理論框架、先進的計算工具，並結閤一係列具有實際工程意義的案例，深入探討瞭材料在不同環境條件下的微觀行為及其宏觀性能的關聯機製。 第一部分：計算模擬的理論基石與方法論 本部分奠定瞭全書的理論基礎，詳細闡述瞭用於描述原子間相互作用的量子力學原理，特彆是密度泛函理論（DFT）的應用及其在計算電子結構、能帶結構、晶格振動（聲子譜）中的關鍵作用。我們著重探討瞭當前主流泛函的選擇標準、自洽場（SCF）迭代過程的收斂性控製，以及如何通過適當的範德納瓦爾斯（vdW）校正和Hubbard U項的引入，提高對復雜體係，特彆是過渡金屬氧化物和二維材料的描述精度。 隨後，本書深入介紹瞭原子尺度的分子動力學（MD）模擬方法。區彆於量子力學計算的高昂成本，MD模擬在研究時間尺度更長、原子數量更多的係統動力學行為方麵展現齣無可替代的優勢。我們詳細分析瞭勢函數（如EAM、MEAM、ReaxFF）的構建原理、參數化過程及其適用範圍。特彆關注瞭如何將量子力學計算的結果映射到高效的經典勢函數中，以實現“QM/MM”（量子力學/分子力學）的有效耦閤，從而在保證計算精度的同時，拓展瞭可模擬體係的尺度。 此外，本書還涵蓋瞭介尺度模擬方法的進展，包括相場（Phase Field）模型在描述微觀結構演化（如晶粒生長、相分離）中的應用，以及如何將微觀模擬的結果作為輸入參數，驅動介觀尺度的連續介質力學分析。這部分內容旨在搭建從原子到宏觀尺度的橋梁，實現多尺度建模的無縫銜接。 第二部分：晶體缺陷、相變與界麵動力學 材料的宏觀性能往往由其內部的缺陷、相界和錶界麵結構所主導。本部分將視角聚焦於這些微觀結構單元的形成機製和演化規律。 我們首先對晶體缺陷進行瞭詳盡的分類和分析，包括點缺陷（空位、間隙原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界）。通過計算缺陷形成能、遷移能壘，我們量化瞭這些缺陷對材料電學、力學性能的影響。例如，詳細模擬瞭高熵閤金中局域無序結構對位錯運動的釘紮效應，並從原子層麵解釋瞭其硬化機製。 相變研究是材料科學的核心議題。本書采用動力學濛特卡洛（KMC）和MD模擬相結閤的方法，係統研究瞭固態材料中的擴散過程和相變動力學。重點分析瞭擴散機製（如逐空位機製、原子躍遷路徑）的溫度依賴性，並結閤溫度梯度下的熱力學驅動力，模擬瞭馬氏體相變、析齣相形核與長大過程。對於涉及原子重排的復雜相變，我們引入瞭基於序參量的相場模型，成功再現瞭非平衡相界移動的速度和形態。 界麵物理是控製異質結性能的關鍵。本書深入探討瞭不同晶體取嚮之間界麵能的計算方法，以及界麵結構弛豫對界麵電子結構、電子隧穿概率的影響。通過對金屬/半導體界麵、或陶瓷/金屬界麵偏析行為的模擬，揭示瞭界麵能的微觀根源及其對界麵結閤強度的調控作用。 第三部分：材料本徵性能的計算錶徵與預測 本部分將理論模擬工具應用於具體材料性能的計算與預測，旨在建立“結構-性能”的定量關聯。 1. 力學性能模擬： 詳細介紹瞭如何通過拉伸、剪切、壓縮等應力加載模擬，計算材料的彈性模量、剪切模量和泊鬆比。特彆關注瞭納米尺度材料的尺寸效應，例如，利用MD模擬揭示瞭在極高應變率下材料的非綫性粘塑性行為，以及在晶界附近的應力集中與開裂萌生。 2. 熱學與輸運性能： 熱導率的計算是利用聲子理論（玻爾茲曼輸運方程或直接計算方法）和MD模擬相結閤進行的。本書詳細解析瞭如何通過計算聲子散射率，解釋晶體缺陷和無序結構對晶格熱導率的有效降低機製，這對熱電材料的設計至關重要。此外，還探討瞭電子輸運性能（如電導率、霍爾效應）的計算方法。 3. 電化學與催化活性： 對於能源材料體係，我們運用DFT計算瞭材料的電荷轉移特性、錶麵吸附能和反應能壘。重點分析瞭鋰離子電池電極材料中鋰離子在晶格內的擴散路徑和動力學限製，以及在催化反應中活性位點的電子結構特徵，為優化電極界麵和設計高活性催化劑提供瞭理論指導。 第四部分：先進材料體係的模擬案例研究 最後，本書選取瞭幾類具有代錶性的先進功能材料，展示瞭上述計算方法的綜閤應用能力： 鈣鈦礦材料的穩定性和離子遷移： 模擬瞭有機-無機鈣鈦礦材料在濕度和溫度耦閤作用下的結構弛豫過程，量化瞭有機組分對晶格穩定性的影響，並分析瞭碘離子遷移的能壘，為解決其長期穩定性問題提供瞭微觀洞察。 二維材料的層間耦閤與異質結： 研究瞭範德華異質結的形成能、帶隙調控以及層間摩擦學行為，揭示瞭層間相互作用對電子態和機械響應的精細控製潛力。 輻照損傷的原子尺度模擬： 結閤高能粒子碰撞模型，模擬瞭重離子輻照在金屬或陶瓷材料中引發的級聯損傷、空位團的形成和遷移，預測瞭材料的抗輻照性能。 全書結構嚴謹，內容深入淺齣，力求將復雜的理論概念與實際計算技術緊密結閤，旨在為從事計算材料學、凝聚態物理、材料物理與化學等領域的研究人員、工程師和高年級研究生提供一份兼具理論深度和實踐指導意義的參考專著。讀者通過學習本書，將能夠獨立構建和執行復雜的原子尺度模擬項目，從而有效指導新材料的理性設計與性能優化。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字聽起來就非常專業，讓人立刻聯想到那些需要深厚理論功底和嚴謹實驗支持的學科。我之前就對岩石的微觀結構如何影響宏觀力學行為産生過濃厚的興趣，這本書的書名恰好點明瞭這一點。尤其“微尺度模型重建”這幾個字，讓我好奇作者是如何將肉眼看不見的岩石內部精細結構“復現”齣來的，這其中必然涉及瞭大量先進的成像技術和數據處理方法。想象一下，能夠“看到”岩石內部的細小裂縫、孔隙以及不同礦物顆粒之間的相互作用，這本身就是一項瞭不起的成就。而“熱-流-固耦閤”更是點睛之筆，意味著這本書不僅僅關注靜態結構，更深入探討瞭岩石在溫度變化、流體滲透以及外部載荷共同作用下的動態響應。這對於理解很多地下工程，比如油氣開采、地熱開發、地下水文地質以及核廢料處理等領域，都至關重要。我非常期待書中能詳細闡述這些耦閤作用是如何發生的，以及它們是如何影響岩石的宏觀力學性質，例如強度、變形和滲透率等。希望這本書能提供清晰的理論框架和令人信服的案例，讓我能更深入地理解岩石這種復雜介質的內在規律。

評分☆☆☆☆☆

“岩石微尺度模型重建及其熱-流-固耦閤細觀機理研究”，光是聽這個書名，就覺得裏麵蘊含著一股濃厚的學術氣息，仿佛打開瞭一扇通往岩石世界深處的大門。我一直覺得，岩石這種看似平凡的物質，其實擁有著極其復雜和精妙的內部構造，而“微尺度模型重建”這個概念，讓我對作者如何將這些肉眼不可見的結構“還原”齣來産生瞭濃厚的興趣。我猜想，書中會詳細介紹一係列先進的成像技術，例如X射綫CT、掃描電鏡等，以及復雜的圖像處理和三維建模算法，來精確地捕捉岩石內部的孔隙、顆粒形狀、以及它們之間的連接關係。更讓我著迷的是“熱-流-固耦閤”這一部分，它意味著這本書不僅僅停留在靜態的結構描述，而是要深入探討岩石在溫度、流體壓力和外力作用下的動態演化過程。我非常期待書中能夠清晰地闡述，當岩石受熱時，內部的礦物會發生怎樣的膨脹或收縮？當有流體滲透進來時，這些孔隙會如何被填充，又會對岩石的力學性能産生什麼影響？而當受到外力擠壓時，這些因素又會如何協同作用，最終導緻岩石的破裂或變形？這本書無疑提供瞭一個深入理解地下岩體行為的科學視角。

評分☆☆☆☆☆

“岩石微尺度模型重建及其熱-流-固耦閤細觀機理研究”——這個書名聽起來就像一本能帶我進入岩石內部奇妙世界的指南。我一直覺得，我們平時看到的那些巍峨的山巒、堅硬的岩壁，其背後一定隱藏著不為人知的精巧結構。這本書提到瞭“微尺度模型重建”，光是這個概念就讓人覺得充滿瞭科學的魅力。我很好奇，作者是如何用技術手段，把那些肉眼無法企及的岩石內部的細微之處，例如那些微小的孔隙、晶粒邊界、甚至納米尺度的裂紋，都給“描繪”齣來，並且還能構建齣精確的三維模型。這一定是一個充滿挑戰但又極具價值的過程。而更讓我興奮的是“熱-流-固耦閤”這部分，這意味著它不僅僅是靜態的結構描述，而是探討岩石在受熱、流體滲透和力學加載等多種因素共同作用下的復雜行為。我猜想，書中會詳細講解溫度變化是如何引起岩石膨脹或收縮，流體壓力是如何影響岩石的孔隙度和滲透性，以及這些因素是如何與外加的機械應力相互疊加，最終影響岩石的整體穩定性和變形特性。這種多物理場耦閤的研究，對於理解地震發生機製、頁岩氣開采效率、以及地下水資源的運移規律等等，都具有極其重要的理論和實踐意義。這本書無疑為我們揭示岩石深層奧秘打開瞭一扇新的大門。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，第一次看到“岩石微尺度模型重建及其熱-流-固耦閤細觀機理研究”這個書名，我腦子裏立刻就浮現齣那些充滿公式和圖錶的學術專著。它聽起來像是一本對岩石力學領域有深入研究的學者纔會認真翻閱的書籍，對於我這樣的普通讀者來說，可能會有些望而卻步。但同時，“微尺度模型重建”這個詞又勾起瞭我的好奇心——我很好奇，在如此微小的尺度下，岩石的結構究竟是怎樣的？是不是和我們想象的完全不一樣？而“熱-流-固耦閤”更是將復雜性推嚮瞭另一個層次，它意味著書裏會探討溫度、流體以及力學載荷這三個看似獨立的因素，是如何在岩石內部交織作用，産生我們肉眼可見的宏觀變化。比如，溫度升高會不會讓岩石中的水變得更有“活力”，從而加速岩石的破壞？或者，當有地下水滲透進來時，岩石的承載能力會因此減弱多少？書中是否會通過詳細的計算和模擬，給齣這些問題的答案？我猜測，這本書的價值在於它能將抽象的物理過程，通過精密的模型和嚴謹的研究方法，展現齣來，讓我們能夠更深入地理解那些隱藏在自然界和工程應用背後的科學原理。

評分☆☆☆☆☆

這本書的題目“岩石微尺度模型重建及其熱-流-固耦閤細觀機理研究”，聽起來就非常高端大氣上檔次，感覺不是我這種門外漢能夠輕易理解的。但“微尺度模型重建”這幾個字，卻意外地吸引瞭我。我一直很好奇，那些我們看到的巨大岩石，在肉眼看不到的微觀世界裏，到底是什麼樣子的？是不是像搭積木一樣，由無數細小的顆粒組成？這本書會不會就告訴我們，如何用技術手段，把這些微小的結構“復原”齣來，並且還能搭建一個逼真的“三維模型”？這光是想想就覺得很厲害。而更復雜的是“熱-流-固耦閤”這部分，感覺像是在說，岩石不僅會因為受力而變形，還會因為溫度變化和水分子的滲透而發生一係列復雜的變化。我猜想，書中會詳細講解，為什麼岩石在高溫環境下會變得不一樣，為什麼地下水能夠讓岩石變得更脆弱，以及這些因素是如何協同作用，最終影響到我們看到的岩石的宏觀錶現。這對於理解地下工程，比如修隧道、挖礦井，或者開發地熱資源，肯定有非常重要的意義。我希望這本書能用一種我能理解的方式，解釋清楚這些深奧的科學原理。