滲流模擬的案例
COMSOL顆粒夾雜多孔介質多相材料達西滲流模擬
在實際工程中滲流路徑往往不是單一材料，如滲流發生在夾雜碎石的土體中，這就造成滲流的復雜性。這里采用兩項材料通過COMSOL達西定律模塊對滲流進行模擬。
模型采用CAD隨機球體顆粒&過渡區插件建立后導入到COMSOL軟件內。
模型包括滲流發生的外側基體、內部顆粒、顆粒及基體過渡區（ITZ）三部分組成，由于內部顆粒的滲透系數遠小于基體，因此可將其省略，邊界置為無流動。設置過渡區的目的是在實際情況中，土體及內部碎石顆粒間往往會有孔隙，這就造成了接觸面的實際滲透率遠高于土體，模型剖切面如下。
模型設置左右兩側的水頭差，最終壓力及流速模擬結果如下。
展開 COMSOL三維梯度多孔結構滲流模擬
本案例介紹在COMSOL內建立三維球體梯度孔隙結構模型，并進行滲流仿真模擬。
梯度多孔介質FGM模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型在AutoCAD內建立完成后導出為sat格式文件。通過插件可靈活控制孔隙率、梯度、孔徑分布及最小間距約束，生成符合實際工程需求的梯度孔隙結構。
將建立的三維梯度孔隙模型導入到COMSOL軟件，在COMSOL內定義流體屬性物理域后，需明確流體物性參數（如動力黏度、密度），為后續仿真提供基礎條件。
對模型添加滲流研究，設置邊界條件并劃分網格。網格劃分需兼顧計算效率與精度，并確保流動細節的捕捉能力。
提交計算查看流體在梯度多孔介質中的壓力及流速模擬結果。
展開 數字巖心三維重建及滲流仿真 ￥3000
一直以來數值模擬就是研究巖石滲流性質的重要方法,通過模擬巖石中流體的運動和分布狀態,來確定各種流體在巖石中的絕對滲透率和相對滲透率,研究微觀尺度的滲流機理,為儲層評價提供依據.利用數值模擬方法可以減少實驗室滲流實驗,省時省力且直觀準確.目前,滲流數值模擬的方法眾多,從宏觀和微觀兩個尺度都可以,宏觀尺度的模擬主要是求解一系列微分方程來來確定巖石中流體的流速場;而微觀尺度的模擬主要有兩種思路,一種是以整體數字巖心為基礎,考慮邊界條件,采用有限元,格子玻爾茲曼等方法來確定巖石滲流性質,另一種是先建立孔隙網絡模型,采用孔隙級流動模擬理論和方法進行流動模擬并獲得巖石的滲流參數.
孔隙級的滲流數值模擬是研究巖心滲流的重要方法,隨著近年來 CT掃描等微觀成像和數字巖心的發展,滲流模擬研究能更好的貼近真實微觀結構,而孔隙網絡模型長久以來就是研究孔隙級滲流的基礎。
本篇文檔通過掃描電鏡SEM方法獲取了高精度的二維圖片，基于FIB連續切片掃描數據，采用MIMICS三重構軟件對數字巖心進行了重構，反應了真實的數字巖心的形貌，并獲得了局部聯通的孔隙網絡模型。采用COMSOL軟件進行了微觀滲流的模擬。
三維重建模型如圖所示：
滲流流線分析結果如圖所示：
展開 粗糙裂隙的滲流模擬-基于地質統計學的建模-comsol模擬 ￥78
巖體裂隙滲流，考慮裂隙接觸（滲透率低）和非接觸（滲透率高）的影響，利用地質統計建模，反映裂隙表面的非均質性質，研究裂隙面可能存在的優勢通道。
COMSOL Multiphysics?模擬裂隙對巖體滲流的影響 ￥30
研究了理想裂隙引起的流動擾動及其幾何排列對裂隙巖體穩態滲流（有效滲透率、壓力分布、流線等）的影響；
參考論文：Fluid flow partitioning between fractures and a permeable rock matrix,
https://doi.org/10.1029/2003GL019027
論文原圖：
COMSOL Multiphysics?計算云圖（由于參數不同，云圖存在些許差別）：
為了方便對比，不同裂隙幾何、參數影響結果都放在同一個模型不同研究中了。
技能包含：模型計算設置方式；計算云圖后處理方式（參考論文）；等效滲透率計算方式
展開 ABAQUS模擬滲流要點
3、載荷及邊界條件
(1)通過(Load-creat-step-fluid-surface pore fluid)選項定義沿著單元表面的外法線方向的滲流速度vn，當考慮降雨影響時可采用此載荷
(2)邊界條件(Boundary condition-creat-other-pore pressure)選項定義孔壓邊界條件，此時要先假定浸潤面的位置，然后定義浸潤面上的孔壓為零，Abaqus會在后續的分析計算中自動計算出浸潤面的位置。Abaqus默認的是不透水邊界。
(3)當滲流自由面遇到臨空的自由排水面時，需要定義一個特殊的邊界條件。此時可以通過在inp文件中加入*Flow或*Sflow來定義
(4)初始條件的定義。初始條件中一般要定義以下幾種：
*initial condition,type=saturation 初始飽和度
*initial condition,type=pore pressure 初始孔壓
*initial condition,type=ratio 初始孔隙比
當進行耦合分析時，基本步驟同上，但要去掉除邊界條件之外的約束，同時還要在邊界上加上流體壓力。
展開 微納米孔隙滲流及細顆粒遷移運動 ￥1500
將提取的孔隙網絡模型導入有限元軟件中進行滲流模擬，模擬結果如圖2所示。
圖1 二維孔隙網絡模型，圖中藍色部分為孔隙部分，紅色部分為巖體部分
圖2 孔隙滲流場及孔隙內細顆粒遷移運動過程
感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流！
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬
凍融作用在自然界中普遍存在如自然環境科學中滲流與溫度的相互作用會影響到滲流場和溫度場的分布從而影響生物的生存環境。高寒地區工程的凍融破壞作用例如路基凍脹穩定問題寒區隧道的凍脹破壞等這些都是滲流和溫度的耦合問題。為了揭示凍融作用下滲流場和溫度場的變化規律建立了描述滲流場及溫度場耦合的偏微分方程其中滲流方程中考慮了溫度作用引起的介質滲透特性的變化和水量變化及溫度梯度對滲流的影響。在溫度方程中考慮了相變對介質熱物理參數的影響及水流動引起的對流作用影響。然后利用多物理場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics成功的求解該方程組通過算例與Lunardini的解析解進行了對比驗證數學模型的合理性。最后通過一個凍結壁算例計算了在水流和熱傳導作用下的凍融情況和溫度場的變化規律。結果表明溫度場對滲流場分布有一定的影響同樣滲流對凍融作用的影響顯著在凍融和滲流的作用下溫度場發生了明顯的變化。
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬.pdf
展開 降雨條件下滑坡的滲流場-應力場-位移場數值模擬 ￥59
普遍認為這是一個多孔介質滲流應力耦合問題，即引起坡體內滲流場-應力場-位移場的變化，這種變化或許對于滑坡的失穩起到了促進作用。筆者基于該理論，在ABAQUS中建立了降雨條件下滑坡滲流場-應力場-位移場耦合模型。模擬3天降雨過程，模擬結果如下。感興趣的朋友歡迎交流討論！
圖1 滑坡概化模型
圖2 網格劃分
（a）初始孔壓
（b）降雨24小時孔壓
（c）降雨48小時孔壓
（d）降雨72小時孔壓
圖3 滑坡體內孔隙水壓力變化
（a）初始有效應力
（b）降雨24小時有效應力
（c）降雨48小時有效應力
（d）降雨72小時有效應力
圖4 滑坡體內有效應力變化
（a）降雨24小時水平位移
（b）降雨48小時水平位移
（c）降雨72小時水平位移
圖5 滑坡水平位移變化
（a）降雨24小時等效塑性應變
（b）降雨48小時等效塑性應變
（c）降雨72小時等效塑性應變
圖6 滑坡體內塑性區發展變化
展開 COMSOL微觀多孔介質二維滲流模擬基于四參數隨機生長建模
微觀多孔介質流體
微觀多孔介質廣泛存在于巖石、土層等流體介質之中，這使得流體穿過存在復雜性，滲流的微觀結構決定其宏觀現象，在研究中可采用表征單元體（representative elementary volume，簡稱REV）方法，這就涉及到微觀介質的模型重構。
這里采用AbyssFish四參數隨機生長2D軟件進行微觀多孔介質的構建，V1.1版本軟件通過優化改進的算法，可指定四參數隨機增長的分布概率、生長概率、孔隙率、以及孔隙尺寸特征等參數，并可進行同一參數不同孔隙率的動態輸出，方便對比研究。
這里生成尺寸為寬度為2.0，高度為0.5的多孔介質模型，并將其導入到COMSOL內，多孔介質的孔隙率為70%(白色)。COMSOL模型構建方法可以參考：COMSOL建立孔隙尺度多孔介質結構模型教程
多孔介質中的孔隙為單聯通域，無無效幾何，如果指定的孔隙率過小，軟件生成的孔隙可能非單聯通，需要將非聯通的的幾何進行手動刪除處理。
物理場采用流體流動中的層流，左側為流體入口，右側為出口，以下為流速及壓力計算結果。
模型樣圖
建模采用的AbyssFish四參數隨機生長2D軟件可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1899410
展開 CAD隨機圓形插件 ￥99
可用于如混凝土細觀模型、多孔材料模型、多孔介質滲流模擬、多相材料擴散模擬等方面的研究。
三、使用須知
1、軟件使用需注冊，一機一碼；
2、軟件運行需要安裝AutoCAD（2010~2021均可使用）。
四、樣圖實例
2010版CAD文件，.dwg格式。
隨機圓形樣圖.rar
V2.0版本已發布
CAD隨機圓形骨料插件 V2.0
可直接聯系QQ：1135122921
獲取軟件及注冊，價格一致
COMSOL裂隙流
本案例介紹在COMSOL內建立復雜的圓片裂隙網絡模型，并模擬流體穿過裂隙時的流體流動行為。
圓片狀裂隙模型可采用CAD纖維密堆積3D插件建立，模型的參數設置如圖所示。
在AutoCAD內將生成的裂隙聚積模型導出為sat格式文件后，再將模型導入到COMSOL內，即可完成初始裂隙模型的建模
。
對模型設置材料并劃分網格。
進行三維滲流模擬，選擇層流穩態，將模型左側設置入口，右側設置出口，提交分析并完成模擬。
本案例中對模型的設定是流體不能穿過模型內的圓片結構，如模擬土層內的圓片顆粒夾雜對滲流的影響等。模型采用了圓片堆積算法，能更好的擬合實際工程中圓片狀顆粒在重力下的堆積工程場景。
展開 CAD隨機球體顆粒 中空圓柱分布 ￥399
插件可實現中空圓柱狀圓環部件的模擬，如材料內部缺陷、復合材料、顆粒增強材料等。
插件生成的CAD模型可導入其他有限元軟件進行建模，如在comsol、ANSYS、Abaqus等有限元軟件內用于混凝土細觀力學分析、圓柱試件受力模型、內部缺陷分析、多孔介質滲流模擬、顆粒導電分析等。
說明提醒
插件支持AutoCAD2010~2023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
中空圓柱隨機球體樣圖CAD2010.rar
CAD隨機圓形生成插件——發布預告及意見征求
可用于如混凝土細觀模型、再生骨科混凝土、泡沫混凝土、多孔材料模型、多孔介質滲流模擬、多相材料擴散模擬等方面的研究。
插件界面參考：
軟件界面暫定如下，如有其它需求，可在評論區留言。
插件生成參考：
生成文件樣式暫定如下所示，歡迎提出改進意見。
價格及優惠：
插件價格暫定388元，具體價格以實際發布為準。曾購買過（在該插件的發布日期前購買）ABAQUS混凝土隨機骨料生成插件可享受一折優惠，。
預計發布日期：
插件暫定于2021/09/06日前發布，具體發布時間將根據需求情況動態調整。
意見征求：
歡迎各位學者提出建議及改進意見。對于有建設性的改進或實現方案將給予最高五折的優惠。
插件已于2021/06/15日發布
CAD隨機圓形插件
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1806896
展開 探討頁巖氣開采中微觀參量對宏觀產量的影響
通過融合課題組前期工作，將納米喉道內的甲烷吸附、有機質內甲烷的運移擴散，及無機質內裂縫網的達西流動有機地結合在一起，形成了一套快速高效預測頁巖氣產量的方法，真正實現了跨尺度的滲流模擬。通過計算分析發現，統計耦合模型所預測的產量曲線比其他模型的結果更合理，能夠部分回答當前關于理論預測產量與實際產量脫鉤的問題。
該研究成果已發表在石油工程學科頂級國際期刊Journal of Petroleum Science and Engineering（Cao G, Lin M, Jiang W, Zhao W, Ji L, Li C, et al. Astatistical-coupled model for organic-rich shale gas transport. Journal ofPetroleum Science and Engineering 2018; 169: 167-183.）上。研究工作得到了中科院先導B頁巖氣專項、國家自然科學基金和國家重點基礎研究發展計劃（973）等項目的支持。
圖1 (a)oREV的定義
圖1(b)oREV的構建
圖2 計算流程
(a) 累積產氣量隨時間變化 (b)日產氣量隨時間變化
圖3 多級壓裂水平井產氣曲線
來源：中科院力學所
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