"该论文主要探讨了基于3D打印技术在研究多孔介质渗流规律中的应用。通过CT扫描真实砂层试样,经过一系列图像处理步骤,构建了二维孔隙模型,并利用高精度光固型3D打印机制造出透明微细孔隙试验模型。通过实验系统,对不同注水流量和渗流方向进行了渗流模型试验,实现了渗流过程的可视化观察和压力监测。研究结果显示,多孔介质渗流过程中存在持续的分流和汇流现象,且孔隙的渗流活跃性在模型不同位置存在显著差异。此外,渗透系数和水力梯度之间存在幂函数关系,而渗流速度与水力梯度呈二次函数关系,符合Forchheimer型非线性渗流公式,表现出明显的各向异性。同时,实验也揭示了孔隙模型渗流兼具层流和紊流特性。这些发现对于理解和优化油、气、水资源开采以及水害防治具有重要意义。"
本文详细介绍了基于3D打印技术的多孔介质渗流规律研究方法。首先,通过CT扫描技术获取真实砂层的孔隙结构,经过图像处理,包括剪切、二值化、边界提取等步骤,构建了二维孔隙模型。然后,采用3D打印技术,使用刚性光敏材料制作出透明的微细孔隙试验模型,这使得研究人员能够直观地观察到渗流过程。
在实验阶段,构建了一个包含注水系统、压力监测系统、观测系统以及孔隙模型的综合试验平台。实验涵盖了12个不同的注水流量梯度和4种渗流方向,以全面研究多孔介质的渗流特性。实验结果表明,渗流过程中孔隙间的流动并非均匀,而是存在着明显的分流和汇流现象,不同位置的孔隙活跃性差异大。此外,渗透系数随水力梯度的增加整体下降,并且在低水力梯度下,改变注入方向会显著影响渗透系数。当水力梯度增大时,渗透系数与水力梯度的关系更加符合幂函数规律。
另一方面,渗流速度与水力梯度之间的关系符合Forchheimer型非线性渗流公式,即二者呈二次函数关系,且这种关系在高渗流速度时更为明显。同时,由于各向异性,改变注入方向会导致水力梯度的显著差异。最后,实验还揭示了渗流模型中既有层流也有紊流的混合状态,这为理解复杂渗流行为提供了新的视角。
这些研究成果不仅加深了我们对多孔介质渗流规律的理解,也为优化能源开采策略,如提高油、气、水资源的开采效率,以及预防和控制水害提供了科学依据。3D打印技术的应用为研究多孔介质的微观结构和流体动态提供了前所未有的便利,有望推动该领域的进一步研究和发展。