【流体】基于多孔形态方法计算二维孔形态上不可见的多相流的毛细压力饱和关系，润湿角度和流离失所的流动机制附Matlab代码

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🔥 内容介绍

在能源开采（如油气藏开发、页岩气开采）、环境工程（如地下水污染修复）、材料科学（如多孔膜分离）等领域，多相流（如油 - 水、气 - 液）在多孔介质中的流动特性直接决定工程效率与效果。二维孔形态作为多孔介质的简化模型（如岩石薄片、多孔膜截面），其内部多相流因 “孔道结构复杂”“界面行为隐蔽（不可见）”“流动机制耦合” 等特点，难以通过实验直接观测。多孔形态方法（Porous Morphology Method, PMM）通过 “孔结构数字化建模 + 界面动力学数值模拟”，可精准重构二维孔形态内多相流的界面演化过程，计算毛细压力 - 饱和关系（Capillary Pressure-Saturation Curve, P-S 曲线），并揭示润湿角度、流离失所机制对流动的影响规律。本文将从多孔形态方法原理、二维孔结构建模、毛细压力饱和关系计算、流动机制分析四方面，系统解析该方法在二维孔形态多相流研究中的应用，为多孔介质多相流工程设计提供理论支撑。

一、多孔形态方法（PMM）的核心原理与二维适配性

多孔形态方法的核心是将多孔介质的物理结构转化为数字化模型，通过数值模拟再现多相流界面行为，其优势在于 “结构保真度高”“界面演化可视化”“参数可调控”，可有效解决二维孔形态多相流 “不可见” 的观测难题。

1.1 多孔形态方法的核心逻辑

PMM 基于 “结构决定流动” 的基本思想，通过 “结构数字化 - 界面建模 - 动力学模拟 - 特性提取” 四步流程，实现多相流特性的定量分析：

1. 结构数字化：通过显微成像（如光学显微镜、扫描电镜）获取二维孔形态图像（如岩石薄片的 2D 截面、多孔膜的表面孔道），采用图像分割算法（如阈值分割、 watershed 算法）将图像转化为 “孔道区域” 与 “固体骨架区域” 的数字化网格（如像素网格、有限元网格）；

1. 界面建模：基于热力学平衡与流体力学原理，在数字化孔道网格中构建多相流界面（如油 - 水界面、气 - 液界面）的数学模型，定义界面张力、润湿角度等物理参数；

1. 动力学模拟：采用界面追踪算法（如水平集法、VOF 法）模拟多相流在孔道内的驱替过程（如排水、吸水），计算不同时刻的界面位置、压力分布；

1. 特性提取：从模拟结果中提取毛细压力、饱和度等关键参数，构建 P-S 曲线，并分析润湿角度、孔结构对流动的影响机制。

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