多孔介質(zhì)廣泛存在于自然界和各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中,其中包含的互不相溶多相流體之間具有復(fù)雜的流動(dòng)特性。對(duì)這種形式的流動(dòng)進(jìn)行建模和求解,對(duì)于提高采油工業(yè)的生產(chǎn)效率、地下水資源的保護(hù)、溫室氣體的地質(zhì)貯藏等有著重要的實(shí)際意義。傳統(tǒng)的研究手段如實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬,需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備或者大量的計(jì)算資源和時(shí)間成本。近些年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)算法不斷地發(fā)展和成熟,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種代理模型被廣泛地應(yīng)用到各種物理問(wèn)題中,其具有計(jì)算速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。本文采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)非均質(zhì)多孔介質(zhì)中不相溶兩相流體之間的流動(dòng)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)流場(chǎng)的快速預(yù)測(cè),同時(shí)還能給出預(yù)測(cè)結(jié)果的不確定性分析,使得結(jié)果更具有可靠性和穩(wěn)定性。主要工作有以下幾點(diǎn):1.在第一部分工作中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)多孔介質(zhì)中兩相驅(qū)替到達(dá)出流邊界時(shí)流場(chǎng)的預(yù)測(cè)。把對(duì)不相溶的兩相流體飽和度場(chǎng)的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化成圖像分割問(wèn)題,使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的語(yǔ)義分割神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,直接以多孔介質(zhì)二維的隨機(jī)幾何結(jié)構(gòu)為輸入,學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)其中的飽和度場(chǎng)及壓力場(chǎng)的分布。并針對(duì)自然界中多孔介質(zhì)具有稀疏性和異質(zhì)性不同的特性,在具有不同特征的多孔介質(zhì)中驗(yàn)證了模型具有良好的預(yù)測(cè)精度和泛化能力... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：119 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?⑷邁阿密石灰?guī)r多孔介質(zhì)的采樣（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ?ｅｔａｌ．，２〇０９），?（ｂ）石英砂多孔介??質(zhì)的三維示意圖，（ｃ）石英砂多孔介質(zhì)的二維切片示意圖（Ｓｕｋｏｐ?ｅｔ?ａｌ．，２００８）??研，質(zhì)通被理想化地建模為簡(jiǎn)的物理模型（如圖１．２）

ａｕ?ｅｔａｌ．，２００６）；?—種是網(wǎng)狀槽道模型，空腔被模型化為血管網(wǎng)狀??的聯(lián)通區(qū)域，剩下的即為固體區(qū)域，這種模型常用于水文學(xué)中地下水流動(dòng)的宏??觀模擬（Ｌａｍｅｅｔａｌ．，２００６）；最后一種是用圖形式表示的網(wǎng)絡(luò)模型，空腔被視為節(jié)??點(diǎn)，空腔之間的主要通路被提取出來(lái)作為網(wǎng)絡(luò)的邊，這種網(wǎng)絡(luò)模型由于只提取了??主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省大量的模擬時(shí)間（Ｘｉｏｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１６；?Ｄｅ?Ｄｒｅｕｚｙ?ｅｔ?ａｌ．，??２０１２）。??闘鋼??＿＿??（ｃ）?（ｄ）??圖１．２幾種常用的多孔介質(zhì)介質(zhì)模型。（ａ）固體－空腔模型，（ｂ）固體顆粒堆疊模型，（ｃ）??網(wǎng)狀槽道模型，（ｄ）圖網(wǎng)絡(luò)模型??在自然場(chǎng)景和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中，廣泛存在著多孔介質(zhì)中的流動(dòng)現(xiàn)象（Ｎｉｅｌｄ??ｅｔａｌ．，２００６）。例如，在水文學(xué)中，存在著地下含水層內(nèi)水資源的儲(chǔ)藏和流動(dòng)，以??及地下水中污染物的擴(kuò)散過(guò)程。由于地質(zhì)層中多孔介質(zhì)的非均勻性和異質(zhì)性，地??下水及其污染物在其中有著相應(yīng)的非均勻性分布，了解和掌握其中的規(guī)律，對(duì)地??下水的保護(hù)和污染物的防治有著重要的作用（Ｋｈａｎ?ｅｔ?ａｌ．，?２００４；?Ｐｉｎｄｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，２００６）。??由于多孔介質(zhì)的空腔內(nèi)往往預(yù)先充滿著一相流體，因此當(dāng)向其中通入另一相流??體時(shí)，就很容易形成多相流動(dòng)，其中，又以不相溶的兩相流最為常見(jiàn)。例如，在??石油開(kāi)采工業(yè)中，人們常常將二氧化碳或者水加壓后注入石油儲(chǔ)層，使得石油??從地質(zhì)層中被驅(qū)替出來(lái)（如圖１．３）。針對(duì)這種多孔介質(zhì)中多相流體的驅(qū)替過(guò)程，??驅(qū)替的模態(tài)會(huì)直接影響采油效率（Ｔｈｏｍａｓ，?２００８；?Ａｌｖａｒａｄｏ?ｅｔ?ａｌ．，２０１０）。例

ｔ?ａｌ．，２０１４；?Ｃｅｌｉａ，２０１７；?Ｂｅｎｓｏｎ?ｅｔａｌ．，２００８）。因??此，分析和掌握多孔介質(zhì)中的多相流動(dòng)規(guī)律，對(duì)于指導(dǎo)實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用有著重要??的價(jià)值。??，＾?Ｗ？ｌｌ??ａｉｌ丨晶??ｍ．?＾??ｌ?ＭＭＭ？ＭＨＶＭ０ＨＭ？ａＷＶＷｎＷＩＮＭＭＭＨ｜Ｍ??晝??＾ｏｃ＾ｄ?Ｃ〇２?ＣＯｊ?ａｎｄ?ＣＨｉ?ｅ＊ｐ？ｎｄ？?ｉｎｄ?ｍｏｖｅ＊??ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｓ?ｔｒａｐｃｄ?ｏｉｌ?〇Ｈ?ｎｉｘ?ｔｏｗｖｔｈ?ｐｒｏｄｕｃｍｆ?ｗ？ｉｌ??圖１．３地下石油開(kāi)采示意圖（Ｃｏｕｎｃｉｌ?ｅｔ?ａｌ．，?２〇１３）??經(jīng)典的多孔介質(zhì)內(nèi)不相溶兩相驅(qū)替流動(dòng)，人們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)探索中已掌握??其大致規(guī)律。根據(jù)驅(qū)替相和被驅(qū)替相的分布規(guī)律，劃分了三種典型的驅(qū)替模態(tài)??（Ｌｅｎｏｒｍａｎｄｅｔａｌ．，１９８８）（如圖?１．４）：?一，指狀驅(qū)替（ｖｉｓｃｏｕｓ?ｆｉｎｇｅｒｉｎｇ），驅(qū)替相往??往呈現(xiàn)出像樹(shù)根一樣的細(xì)長(zhǎng)指狀分布，并朝著同一個(gè)方向延伸來(lái)較為快速地驅(qū)??替另一相；二，毛細(xì)驅(qū)替（ｃａｐｉｌｌａｒｙ?ｆｉｎｇｅｒｉｎｇ），驅(qū)替相的延伸速度較為緩慢，它??有時(shí)間來(lái)填充它沿途經(jīng)過(guò)的空隙，因此驅(qū)替相的前驅(qū)形狀較粗，并容易形成環(huán)狀??３??


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