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分子扩散模拟

使用 VGSTUDIO MAX

使用 VGSTUDIO MAX 的传递现象模拟模块,在不同材料的 CT 扫描上模拟分子扩散。



分子扩散模拟

扩散描述了分子从较高浓度区域向较低浓度区域的流动。  

VGSTUDIO MAX 的传递现象模拟模块 

  • 计算的是样品连接不同摩尔浓度的储层时,渐近达到的稳定分子浓度和通量场,据此假设样品的孔被溶剂完全充满,并且假设储层中的浓度是恒定的,就像在非常大的储层中一样。
  • 可直接处理体积数据,并使用 VGSTUDIO MAX 中精确到亚体素的局部自适应表面测定;
  • 具有用于进行分子扩散虚拟实验的“实验模式”和用于计算分子扩散张量的“张量模式”。

分子扩散的计算是基于以下双组分材料中稳定浓度和分子通量场的微分方程:

ₐ
其中 Ω 是整个模拟域,Ωₐ 是分量域 a(a = 1, 2)。假设 Ω1 和 Ω2 不重叠,并且它们的并集等于 Ω。C 是分子浓度,J 是摩尔通量,Dₐ 是分量 a 的扩散系数,Δ 是拉普拉斯算子,grad 是梯度算子。

实验模式

在实验模式下,软件对结构的 CT 数据执行虚拟试验,以模拟分子在结构里从入口平面向与其平行延伸的出口平面的传输情况。可以选择垂直于入口和出口平面的“已封闭”或“已嵌入”选项作为边界条件。必须指定浓度差作为流动的驱动量。

计算的结果

结果会以 2D 和 3D 视图中的摩尔通量和分子浓度呈现。分子扩散方向可以通过 2D 和 3D 视图中的流线进行可视化:

  • 摩尔通量
  • 摩尔浓度
  • 分子扩散流线
摩尔通量(2D 视图)
摩尔通量(3D 视图)
摩尔浓度(2D 视图)
摩尔浓度(3D 视图)
分子扩散流线

张量模式

在张量模式下,软件会计算分子扩散张量的分量。分子扩散张量的计算可以在整个结构上进行,也可以通过集成网格对结构的增量进行计算。

张量模式
每个集成网格单元格的有效分子扩散张量 
平均有效扩散系数(2D 视图)
平均有效扩散系数(3D 视图)
空隙分数(2D 视图)
空隙分数(3D 视图)

除了张量的本征值和本征向量外,表中还列出了相对于模拟坐标系的有效扩散系数张量的分量。

好处