多孔的案例
西工大鄭亞萍教授團隊《AFM》綜述：多孔液體-從基礎到合成、應用以及展望
（a）從多孔客體的設計、調控角度出發，討論了如何提高多孔液體中多孔客體的含量，如何實現將多孔固體材料的可控調控轉移至多孔液體的精確調控，討論了如何將無溶劑納米流體的制備思路應用到新型多孔液體的合成方面；（b）從位阻溶劑的設計角度出發，如何調控多孔液體的粘度，給出了與實際生產中流動介質的需求相適應的多孔液體設計方向；（c）從測試表征角度出發，給出了多孔液體測試表征的建議；（d）分析了多孔液體設計需要重點考慮的粘度、分散穩定性、熔融溫度等重要物理參數的設計要求及建議；（e）給出了多孔液體在純理論模擬方面的建議，如利用粗粒化模型對多孔液體進行模型構建，分析多孔客體與位阻溶劑的相互作用，從已有的界面作用模擬研究擴展到更加接近實際的組分之間作用力分析；（f）給出了在合成方面通過優化合成工藝實現經濟、高效的合成；（g）給出了多孔液體微觀機理探究建議，如對于氣體捕集與分離應用來說，如何通過優化傳熱、傳質增強氣體的吸附量及選擇性分離，給出了多孔液體的表征應從以往的簡單的氣體吸附量的測試向氣體穿透測試等方面擴展的建議；（h）考慮循環穩定性與再生性的問題，如針對氣體捕集應用，給出了如何通過變溫、變壓等物理作用進行多孔液體的有效再生；（i）給出了進一步擴展多孔液體應用的建議，將多孔液體的應用從氣體捕集與分離向光熱轉換，新型電解質等其它潛在應用領域擴展。
Figure 4. Overview covered in this review.
展開 金屬所《Science》子刊：輕質高強度高穩定的無裂紋納米多孔鋁！
而GRR 制備的納米多孔 Al-Al2O3 復合材料的密度低于大多數以前的納米多孔金屬；相比之下，納米多孔 Al-Al2O3 是通過脫合金制備的最強的納米多孔材料之一，在拉伸和壓縮下，盡管其結構尺寸比大多數納米多孔金屬粗。納米多孔 Al-Al2O3 的強度也明顯高于由純鋁和鋁基復合材料組成的密度相似的傳統泡沫。因此，納米多孔 Al-Al2O3 的比強度（強度密度比）高于以前的多孔金屬、多孔氧化鋁復合材料和納米多孔金屬。
圖4 納米多孔鋁強度與密度關系
總的來說，GRR制備的納米多孔Al-Al2O3復合材料（或具有天然氧化物殼的納米多孔Al）比具有相似密度的常規多孔金屬和多孔Al-氧化物復合材料更強。納米多孔Al-Al2O3復合材料也比通過脫合金制備的大多數納米多孔金屬更輕、更堅固、更穩定。
Al納米韌帶表面的天然氧化層是納米多孔Al-Al2O3復合材料具有優異熱穩定性的主要原因。
氧化層、韌帶尺寸和拓撲結構的綜合影響是這種材料具有高強度（和高比強度）的原因
。
預計輕質、堅固且穩定的納米多孔 Al-Al2O3 復合材料將用于多種功能應用，例如高溫
等離子體激元
、微型熱交換器
以及電池和其他電化學裝置的電極
。
目前的研究還表明，
將結構尺寸細化到亞微米或納米尺度可能會大大提高多孔鋁或泡沫鋁在結構應用中的性能，
因為結構細化不僅引入了尺寸效應，而且還放大了鈍化氧化物對強度的影響
。
目前，納米多孔鋁基樣品的厚度受到離子液體中 GRR 緩慢速率的限制。
需要進一步的研究來開發更簡單、更
有效和更具成本效益的路線來制造
大規
模、高質量和
更具延展性的納米多孔鋁基材料，這對于實際應用至關重要。
展開 多孔結構的數值仿真分析
壓力變化可能會導致這些結構中的多孔材料被損壞，進一步引起流體流動及結構的逐漸垮塌和下沉。借助 COMSOL Multiphysics 的多物理場仿真功能和多孔彈性接口，我們可以對多孔材料進行精確分析，以評估和避免這類結構中發生的變形。
研究多孔彈性以建立牢固地基
當您在森林中徒步旅行時，會遇到各種多孔介質：如地基土、巖石，甚至是您自己的生物組織。多孔介質由固體材料構成，被稱為多孔基體，其內部包含有孔隙互通的網絡結構，并填充滿流體。我們可以想象一下廚房中吸滿了水的海綿，這就是多孔介質的一個例子。
位于加利福尼亞州的莫諾湖（Mono Lake）水面上的多孔巖層。
當多孔基體由固體彈性材料組成，且其內部流體為黏性流體時，這種材料就稱為多孔彈性材料。多孔彈性的研究已應用于巖土力學中的儲層、水壩、及能量樁等結構。比薩斜塔（Tower of Pisa）建造于黏質多孔土壤上，因此成為了一個著名的負面案例。
研究多孔彈性有助于我們預測固體結構中發生的損壞。例如，儲層中的流體被泵出時，減小的壓力引起了流體運動，進而產生了地應力。該應力使得位于構造上的覆蓋層逐漸產生變形，進而導致其中的多層結構發生塌陷或下沉。這種漸進變形會隨著時間推移愈發嚴重，最終導致結構完全開裂。
正如我們在這里強調的，多物理場仿真可以讓我們深入研究多孔材料在真實條件下的表現，有助于我們解決和預防巖土結構中潛在的變形現象。
利用 COMSOL Multiphysics 分析多孔結構
多孔材料的分析是真正的多物理場問題，需要對流體流動、結構力學及常見傳熱進行耦合。
展開 模擬多孔介質中不同的流體流動
從大規模的地質區域到納米尺度的結構，多孔材料的流動發生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經涵蓋了許多應用，但是在工業應用中，速度場和壓力梯度之間的關系不再是線性的，達西定律不能提供準確的結果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質中可能出現的不同流動狀態，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質中的流動
為了更深入地理解流經多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結構。這樣我們不僅能更深入的理解多孔材料，也有信心使用宏觀方法來模擬多孔材料中的流動。
下面的動畫顯示了一個大小為 2 cm × 2 cm × 6 cm 的復雜多孔結構，以及使用線性納維-斯托克斯方程計算的流型。
小型多孔塊中的流型。
這些多孔塊中包含低流速和高流速的區域，也包含根本不發生流動的區域。即使結構是不規則的，當放大另一個位置的相同多孔結構樣品時，其流動特性也是相同的。因此，這被稱為 代表性單元體積（REV）。對代表性單元體積進行平均可以得到宏觀方程，詳見下一節內容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數值很重要：
孔隙率 ，描述了孔隙體積與總體積的比率，可以從幾何形狀計算
沿流動方向（縱向）下降的壓力 ，可以計算或預定義
表觀速度 ，或通過結構的體積流量 (m3/s)，除以總橫截面積 (m2 )
宏觀尺度的流動
達西定律是描述多孔材料流動的基本定律，它最初只是一個經驗定律，后來在理論上由納維-斯托克斯方程推導出來。它描述了速度場 (m/s)與壓力梯度 （Pa）之間的線性關系。
(1)
其中，(m2) 是多孔介質的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 
Mater.綜述: 多孔高分子–以解決重大需求為導向的多功能材料平臺
多孔材料憑借其較大的表面積、開放的孔道結構和可調的孔環境，在很多領域都具有令人矚目的應用。多孔材料按照孔尺寸可分為三種類型：孔徑小于2 nm的微孔材料，2-50 nm的中孔材料，大于50 nm的大孔材料。多孔材料的孔骨架包括有機骨架（例如，多孔高分子、有機多孔分子籠和超分子有機框架）、無機骨架（例如，沸石、多孔炭和中孔二氧化硅）以及雜化骨架（例如，金屬有機框架）。
在諸多已發展的多孔材料中，多孔高分子由于兼具多孔材料和高分子材料的雙重優勢，因而獲得越來越多領域研究者的關注。多孔高分子與沸石、多孔炭和金屬有機框架等其它多孔材料一樣，也具有永久的高孔隙度、較大的表面積和可設計的孔道結構等特點。但是，它們在許多方面依然存在差異。多孔高分子最主要的優點是化學多樣性和易加工性。例如，相對于沸石和多孔炭，多孔高分子具有更為多樣的合成方式，并可按照設計思路進行合理調控。多孔高分子具有與金屬有機框架相類似的出色化學和物理可調性，還可通過直接功能化合成和后合成改性等方法簡便引入活性功能組分。得益于高分子自身的屬性，多孔高分子也具備了較好的延展性和可塑性，可以根據用途加工成各種形狀。此外，與對酸堿環境敏感的沸石材料以及由配位鍵連接的金屬有機框架相比，由共價鍵連接的多孔高分子具有較高的化學穩定性。
【成果簡介】
中山大學吳丁財教授課題組應邀在Adv. Mater.上發表了題為“Porous Polymers as Multifunctional Material Platforms toward Task-Specific Applications”的評述文章。
展開 模擬多孔介質中不同的流體流動
從大規模的地質區域到納米尺度的結構，多孔材料的流動發生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經涵蓋了許多應用，但是在工業應用中，速度場和壓力梯度之間的關系不再是線性的，達西定律不能提供準確的結果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質中可能出現的不同流動狀態，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質中的流動
為了更深入地理解流經多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結構。這樣我們不僅能更深入的理解多孔材料，也有信心使用宏觀方法來模擬多孔材料中的流動。
下面的動畫顯示了一個大小為 2 cm × 2 cm × 6 cm 的復雜多孔結構，以及使用線性納維-斯托克斯方程計算的流型。
小型多孔塊中的流型。
這些多孔塊中包含低流速和高流速的區域，也包含根本不發生流動的區域。即使結構是不規則的，當放大另一個位置的相同多孔結構樣品時，其流動特性也是相同的。因此，這被稱為 代表性單元體積（REV）。對代表性單元體積進行平均可以得到宏觀方程，詳見下一節內容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數值很重要：
孔隙率 ，描述了孔隙體積與總體積的比率，可以從幾何形狀計算
沿流動方向（縱向）下降的壓力 ，可以計算或預定義
表觀速度 ，或通過結構的體積流量 (m3/s)，除以總橫截面積 (m2 )
宏觀尺度的流動
達西定律是描述多孔材料流動的基本定律，它最初只是一個經驗定律，后來在理論上由納維-斯托克斯方程推導出來。它描述了速度場 (m/s)與壓力梯度 （Pa）之間的線性關系。
(1)
其中，(m2) 是多孔介質的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 CAD多孔結構3D_QSGS 插件 ￥899
插件介紹
CAD多孔結構3D QSGS插件可用于在AutoCAD軟件內生成三維多孔結構模型，可用于數字巖心、多孔介質、多孔結構等方面的建模及模擬。
插件可指定模型的長度、寬度、高度，可構建任意幾何尺寸三維幾何模型。
多孔結構建模基于四參數隨機生長（QSGS）原理。
（1）在二維空間中按照一定分布概率隨機布置孔隙，此分布概率須小于設置的孔隙率；
（2）在二維空間中，按照一定生長概率，令分布的孔隙單元向相鄰點生長。
（3）重復上述步驟，直到生長相達到設定孔隙率時，停止生長，即QSGS 重構多孔介質模型完成。
其構建過程可參考以下流程。
插件在四參數隨機生長的基礎上，進行算法改進，使得孔隙結構分布更為集中，減少離散孔隙的存在，同時可采用CAD軟件將孔隙邊緣處理的更為平滑。
插件生成的幾何模型為通用的CAD格式，支持如COMSOL、ANSYS、Abaqus、Fluent等主流有限元軟件。
說明提醒
插件適用于AutoCAD2010~2024及以上版本。插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態，注冊請聯系QQ：1135122921。
樣圖下載
CAD三維多孔結構QSGS樣圖.rar
展開 COMSOL多孔結構傳熱模擬
多孔結構傳熱模擬涉及對多孔介質內部復雜的熱量傳遞過程進行建模和分析，這類模擬對于優化材料設計、提高能源效率以及解決環境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內建立全連通多孔結構幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進行多孔結構的傳熱仿真模擬。
多孔結構幾何模型采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結構2D軟件隨機生成png格式的圖片。
通過CAD圖像導入插件將模型導入到AutoCAD內建立多孔結構草圖，并另存為dxf格式文件。
將多孔結構草圖模型導入到COMSOL內，建立孔隙部件。
在COMSOL內新建與原模型尺寸一致的矩形，并通過布爾操作和分割中的差集建立多孔結構部件。
再次導入原孔隙模型，并構建聯合體。將孔隙部分材料屬性設置為空氣，完成多孔結構兩相材料模型構建。
添加固體傳熱瞬態研究，模型左側設置熱源，并進行網格劃分。
進行計算查看多孔結構傳熱模擬結果
展開 多孔介質滲流現象
普通管道中的水流
孔隙介質實際流線
假想的流動
多孔介質
滲流受多孔介質特性影響。天然和人造的多孔介質普遍具有下列特征：空隙尺寸微??；比表面積數值很大。
多孔介質的特征使滲流具有下述特點
表面分子力作用顯著，毛細管作用突出
流動阻力較大，流動速度一般較慢，慣性力往往可忽略不計
多孔介質的性質
孔隙性 有效孔隙和死端孔隙
◆ 孔隙度：是多孔介質中孔隙體積與多孔介質總體積之比
◆ 有效孔隙：是多孔介質中相互連通的、不為結合水所占據的那一部分孔隙。
◆ 有效孔隙度：是多孔介質中有效孔隙體積與多孔介質總體積之比。
◆ 死端孔隙：是多孔介質中一端與其他孔隙連通、另一端是封閉的孔隙。
連通性 封閉和暢通、有效和無效
壓縮性 固體顆粒和孔隙的壓縮系數推導
多相性 固液氣三相可共存
影響滲流的各種力
油、氣、水能夠在多孔介質中滲流主要受以下幾種力的作用：
流體的重力
重力可能是動力也可能是阻力。
多孔介質的壓縮性及流體的彈性力
油氣存在于地下巖層內，未開采時巖石和流體都處于均衡受壓的平衡狀態。隨著油氣的不斷開采，油氣層內的壓力逐漸降低，上覆巖層和油層內壓力差逐漸增大，會導致巖石變形，造成巖石孔隙度減小即內部孔隙體積減小，多孔介質內流體逐漸向壓力低的方向流動。滲流方向也發生改變。
毛管力
多孔介質可以看成是固體內部存在許多個毛細管，這些毛細管散亂分布，互相連通。發生滲流時一種流體驅替另一種流體，在兩種流體交界面上產生壓力跳躍，這個壓力就稱為毛管壓力。
流體的粘性及粘滯力
流體在流動時，不同流速的流體間受分子間內聚力的影響會產生相互作用力，使速度低的加速，速度高的受到限制，流體的這種屬性稱為粘性。
展開 利用拓撲優化設計二維隨機多孔結構
文章來源： Prosynx
功能梯度多孔材料具有優異的性能，如高強度、低導熱性和高能量吸收。更重要的是，它們的密度分布可以定制，以最適合不同的設計目標，從而具有廣泛的應用。對于不同的制造方法，功能梯度多孔材料的幾何形狀可以是確定性的（例如，晶格結構）或隨機的（例如金屬泡沫）。利用長期建立的拓撲優化方法對前者的設計進行了廣泛研究，而后者盡管在航空航天和生物醫學等工業領域廣泛使用，卻鮮有研究案例。
此項提出了一種新的兩步拓撲優化框架來設計二維隨機多孔結構。
在第一步中，基于順應性最小化（或剛度最大化）進行拓撲優化，以獲得均勻的材料密度分布。在第二步中，開發了一種新的去均質方法，將均質材料轉化為隨機多孔結構。通過幾個算例驗證了該方法的有效性。由于采用隨機材料和相關的密度約束，與由固體材料制成的優化結構相比，優化的多孔結構表現出更高的順應性。然而，結果表明，均質結構和去均質多孔結構之間的柔度值差異很?。葱∮? 6.99%
）。此外，還觀察到，去均質過程中幾何隨機性的引入對結構剛度的影響很小，變化小于
1.94%
。因此，所開發的拓撲優化在數值上是穩健的。還開發了各種約束條件，使設計師能夠從各種新穎的設
計中選擇具有所需剛度和幾何復雜性的結構。
展開 二十、多孔介質模型案例
<p><strong style="background-color: rgb(0, 255, 0);">1 概念介紹</strong></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">多孔介質就是固體物質內部和表面有許多孔隙，如海綿等，由固體物質組成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所構成的物質。多孔介質內的流體以滲流方式運動。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> </span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyibC1zkzEHg1l7NRBsiar1Xc3KfzYhibydudVVeEy0Jt8ciaM4ribCD2PMVCa2Y2PDGrejyX4cjcdTc7iaA/640?wx_fmt=jpeg" width="531" style=""></p><p><br></p><p>Fluent自帶多孔介質模型，對于多孔介質的模擬，不考慮流體在多孔介質內部的流動，只考慮多孔介質對于流動阻力及能量方程產生的影響。
展開 
ABAQUS基于Voronoi的多孔板模型
本案例介紹在ABAQUS內基于Voronoi泰森多邊形算法建立多孔結構板模型，并對多孔板進行簡單的受壓力學模擬。
多孔結構板模型是通過CAD Voronoi V2.5版本插件參數化繪制圖形后建立，在建模中僅需要用到下圖中的綠色圖形內容。
如下圖所示，清理掉不需要的圖層內容后，在AutoCAD內建立多孔板的二維面域模型。
可在CAD內通過拉伸的方式將模型拉伸為三維多孔板，將生成的多孔板模型導出為iges格式文件。
將多孔板模型以部件的形式導入到ABAQUS內。
指定材料建立裝配并施加載荷，這里對多孔板的一側設置固定約束，另一側指定位移，模擬多孔板的受壓狀態。
進行網格劃分，單元尺寸建議小于插件內設置的孔壁厚參數，以保證良好的網格質量。
提交作業并分析模擬結果，可研究為減輕重量而設計的多孔板在壓力作用下其受壓強度，進而進行后續的局部補強及孔隙優化設計。
展開 干貨 | ANSYS Fluent多孔介質模型簡介
多孔介質是指內部含有眾多空隙的固體材料，如土壤、煤炭、木材、過濾器、催化床等。若采用詳細的模型結構及網格劃分處理，則會因為過多的網格數目而使計算量非常大，不能滿足工程上的實際需求，而多孔介質模型實質上是將多孔介質區域結合了以經驗假設為主的流動阻力，即動量源項。
圖1 多孔介質模型的應用
ANSYS Fluent中可將所需區域設定為多孔介質模型（見圖2），在cell zone conditions中勾選porous zone（通常認為在多孔介質模型內由于阻力原因，流動狀況為層流，故而同時勾選laminar zone）。在其界面中，可設置方向、粘性阻力系數、慣性阻力系數以及孔隙率等參數。其中粘性阻力系數及慣性阻力系數可通過多種方式確定其具體數值，如試驗法（風速及壓降的曲線擬合）、Ergun方程法、經驗方程法等等。
圖2 ANSYS Fluent中多孔介質模型的設置界面
通過一個簡單的仿真案例進行描述：一個用于汽車尾氣凈化的催化劑裝置，其中類似蜂窩結構的區域可認為是多孔區域模型（見圖3）。在ANSYS Fluent中設置求解器、材料、多孔區域、邊界條件等，初始化后進行仿真計算（多孔介質問題的初始化應采用standard initialization，見圖4）。
展開 COMSOL多孔球結構模型
多孔球結構在催化、吸附及能源存儲等領域應用廣泛。通過對多孔球的建模可實現孔隙結構精準調控，揭示傳質-反應耦合機制，優化材料性能。仿真可預測流體動力學行為及反應效率，為實驗設計提供理論指導，推動多孔材料在環境、能源等領域的創新應用。本案例介紹在COMSOL內建立多孔球結構模型。
多孔球體結構模型采用CAD三維Voronoi劃分插件參數化建模生成。
建模的詳細操作步驟為：建立球體后采用插件實現Voronoi劃分，對生成的晶粒進行平滑處理，最后新建球體與平滑處理后的晶粒進行差集，實現多孔球結構模型。
將模型導出為stl格式文件，并導入COMSOL內。
可劃分網格并進行后續多孔球的仿真分析。
展開 第二屆國際多孔介質協會中國年會暨第四屆數字巖心分析技術國際研討會會議總結
進入21世紀以來，多孔介質材料的研究已經受到越來越多的關注。多孔介質的研究是一個涉及多學科、多領域的復雜問題，其廣泛存在于土壤、地下水資源、地下油氣藏、人體和動物組織與臟器、植物、復合材料、燃料電池、混凝土、陶瓷、紡織品及電腦和手機芯片等自然和工業系統中。為更深入地研究多孔介質，在不同行業中充分發揮數字巖心技術優勢，7月9日-11日，“第二屆國際多孔介質協會中國年會暨第四屆數字巖心分析技術國際研討會”在位于山東青島的中國石油大學（華東）舉行。來自中國、美國、德國、英國、澳大利亞、加拿大、沙特7個國家的高校、科研院所及企業的百余名研究人員參加會議。
大會共舉行27場專題報告，與會人員就孔隙級流動模擬、數字巖心分析技術、多尺度和多物理場問題求解等領域進行了廣泛交流與深入探討，展示了多孔介質相關領域前沿技術和發展方向。本屆年會與研討會由中國石油大學（華東）、國際多孔介質協會中國分會、中國力學學會滲流力學專業組、中國石油學會青年工作委員會、青島市科學技術協會聯合主辦，中國石油大學（華東）油氣滲流研究中心承辦。
會議開幕式由組委會副主任楊永飛副教授主持，中國石油大學（華東）副校長姚軍、國際多孔介質協會（InterPore）前主席Oleg Iliev出席并致開幕詞。姚軍對與會人員的到來表示歡迎，期待會上展示多孔介質滲流最新研究成果，希望會議的召開對我校學科建設和人才培養起到良好的推動作用。Oleg Iliev對多孔介質滲流與數字巖心分析的發展現狀和國際多孔介質協會進行簡要介紹。會議特邀張東曉、Birol Dindoruk、Abbas Firoozabadi、Roland N. Horne四位美國國家工程院院士進行主題報告。
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