基于有限元法的多孔介质电特性及输运特性仿真分析.pdf

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1、分类号:P3110710-2015124069硕士学位论文基于有限元法的多孔介质电特性及输运特性仿真分析陈燕导师姓名职称郭晨副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称交通信息工程及控制论文提交日期2018年4月2日论文答辩日期2018年6月9日学位授予单位长安大学iComputationalInvestigationontheElectricalandTransportPropertiesofPorousMediaModelAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenYanSupervisor：GuoChen

2、Chang’anUniversity,Xi’an,Chinaii摘要电特性和输运特性是多孔介质的两类基本属性，而且非常重要，因其广泛应用于地球物理测绘、遥感、石油勘探、医学、材料科学和无损检测等各个学科行业。本论文在充分研究相关理论知识的基础上，基于有限元法，设计构建了一系列分析多孔介质电特性和输运特性的数值模型。在本文中，对于电特性的研究，依据有效介质理论，构建了基于几何结构的两组分混合相模型。运用电磁波激励和周期边界条件，仿真求解出各模型的有效介电常数，并将仿真结果与几个混合定理解析公式求出的有效介电常数进行对比分析，总结得出了有效介电常数在不同孔隙尺度、

3、不同球形孔隙的孔隙度、不同孔隙形状、不同孔隙间距、两种混合尺度、孔隙位置随机以及尺度不同且分布随机等7种几何结构条件下的变化规律。同时，对于输运特性的研究，本论文的出发点是电学迂曲率与液压迂曲率之间的定量关系尚不清楚。运用层流物理场和电流物理场，仿真求解得出电流密度流线和速度流线，分别通过流线长和矢量平均求得各迂曲率。在计算求得各迂曲率后，验证了Duda提出的矢量平均方法的有效性。而后对通过计算流线长求得的迂曲率进行拟合，分别得出了仿真结果与对数函数模型、幂定律模型和基于经验公式阿尔奇定律模型拟合的一致性和差异性。最后，验证了最适合本论文所构建模型迂曲率公式的

4、有效性，并修正了四个迂曲率公式。关键词：多孔介质，电特性，输运特性，有效介电常数，迂曲率ivAbstractElectricalpropertiesandtransportpropertiesaretwoimportantpropertiesofporousmedia,astheyarewidelyusedinvariousdisciplinessuchasgeophysicalsurveying,remotesensing,petroleumexploration,medicine,materialsscience,andnon-destructivetes

5、ting.Basedonasufficientinvestigationofrelevanttheoreticalknowledge,anumericalcomputationusingtheFiniteElementMethod(FEM)iscarriedoutondifferentporousmodelstodiscusstheelectricalandtransportproperties.Asthefirstpartofthisthesis,theelectricalpropertiesoftwo-componentporousmodelswithdi

6、fferentgeometriesarestudiedbasedontheeffectivemediatheory.Usingtheelectromagneticwaveexcitationandperiodicboundaryconditions,theeffectivedielectricconstantofeachmodelisnumericallycomputedandcomparedwiththeanalyticresultsobtainedbyseveralmixing-lawformulas.Theeffectivedielectricconst

7、antvariationbehaviorsrespondingtosevenkindsofgeometricalvariationsuchasporesize,porosity,poreshape,poredistance,poredistributionetc.areinvestigatedandsummarized.Asthesecondpart,thetransportpropertiesofatwo-componentporousmodelwithdifferentporositiesareinvestigated.Themotivationofthi

8、sstudyistofindoutaq