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水分对木材细胞壁孔隙结构影响研究进展

北京林业大学学报 2024年第2期46卷 1-8页

作者：马尔妮王瑜瑶李京予仲翔北京林业大学木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

木材是一种具有多级孔隙结构的天然可再生资源,其孔隙构造尤其是细胞壁孔隙结构至关重要。细胞壁孔隙结构的研究是木材加工的理论基础,对于提高木材综合利用率具有重要的现实意义。本文简要介绍了木材孔隙的种类及其表征技术,在此基础... 详细信息

木材是一种具有多级孔隙结构的天然可再生资源,其孔隙构造尤其是细胞壁孔隙结构至关重要。细胞壁孔隙结构的研究是木材加工的理论基础,对于提高木材综合利用率具有重要的现实意义。本文简要介绍了木材孔隙的种类及其表征技术,在此基础上梳理了水分对木材细胞壁孔隙结构影响的相关研究成果,总结了目前由水分引发的木材细胞壁孔隙结构变化领域仍存在的一些问题与挑战,对未来的发展方向及其前景进行展望,以期为深入揭示木材与水分的相互作用提供参考。

关键词：木材孔隙细胞壁木材水分孔隙结构孔隙表征

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页岩油储层孔隙发育特征及表征方法

油气地质与采收率 2019年第1期26卷 153-164页

作者：孙超姚素平滁州学院地理信息与旅游学院安徽滁州239000 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

页岩油是非常规油气资源重要的组成部分,主要赋存于泥页岩不同类型的孔隙和裂缝中。与产生页岩气的高成熟阶段泥页岩不同,处于生油窗的富有机质泥页岩中的油气储集空间往往被早期生烃产物完全或部分充填,影响对页岩油储集空间的结构表... 详细信息

页岩油是非常规油气资源重要的组成部分,主要赋存于泥页岩不同类型的孔隙和裂缝中。与产生页岩气的高成熟阶段泥页岩不同,处于生油窗的富有机质泥页岩中的油气储集空间往往被早期生烃产物完全或部分充填,影响对页岩油储集空间的结构表征和形态描述。通过镜下观察发现,页岩油储层中发育的孔隙总体上可以划分为矿物颗粒间孔隙、矿物颗粒内孔隙和有机质孔隙,其中前两者主要的孔隙类型包括不同矿物颗粒间的粒间孔隙、溶蚀孔隙和黏土矿物片层间孔隙等,有机质孔隙包括有机质颗粒边缘收缩孔(缝)和少量的热解孔隙。从页岩油储层孔隙表征方法的要求出发,对页岩油储层样品进行溶剂抽提处理,探讨分别适用于碎状样品和块状样品的孔隙表征方法。不同页岩油储层孔隙表征方法的原理和应用具有差异性,也存在局限性,可以综合多种表征方法,通过对比分析和统一量纲的方式提高页岩油储层孔隙表征结果的准确性。

关键词：页岩油储集空间孔隙结构孔隙表征微米-CT

基于人工智能技术的泡沫铝结构表征与逆向制造研究

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基于人工智能技术的泡沫铝结构表征与逆向制造研究

作者：达文豪太原科技大学

学位级别：硕士

随着大数据和人工智能技术的快速发展,数据驱动的材料研发已成为一种新的模式,为材料研发带来全新的视角。泡沫铝作为一种轻质多孔金属材料,在工业应用中具有巨大的潜力,但传统的结构表征、力学性能评价和制备方法方面存在诸多问题,制... 详细信息

随着大数据和人工智能技术的快速发展,数据驱动的材料研发已成为一种新的模式,为材料研发带来全新的视角。泡沫铝作为一种轻质多孔金属材料,在工业应用中具有巨大的潜力,但传统的结构表征、力学性能评价和制备方法方面存在诸多问题,制约了对其的深入理解和广泛应用。本研究将计算机科学和材料科学相结合,基于人工智能技术对泡沫铝的结构表征、力学性能评价、三维建模与3D打印制备技术进行了深入的研究。研究内容与结果如下:（1）研发了一系列基于图像处理的泡沫铝结构快速表征技术,该技术能够全面、准确地揭示泡沫铝内部微观结构的特征。使用Python编程语言,编译了一系列图像处理算法,包括图像去噪、泡沫铝轮廓提取、泡沫铝图像二值化、泡沫铝图像质量恢复以及泡沫铝孔隙分割等步骤,以从二维泡沫铝图像中提取关键孔隙结构参数。该新型表征方法能够在短时间内完成对大量泡沫铝孔隙的表征和精确提取工作,且其表征结果的精度达到了10-3。此外,还基于面积最值、周长最值、圆形度最值等特征,从10,320个孔隙中精确提取出了36个典型孔隙。（2）引入了广义回归神经网络（GRNN）,用以识别对泡沫铝力学性能影响最大的孔结构参数,并进行相关重要性分析以获取权重。基于这些孔结构参数及其权重,提出了当量孔隙率概念。之后,对当量孔隙率与平台应力之间的关系进行回归分析,建立了泡沫铝孔隙结构与平台应力之间的数学模型,实现了基于当量孔隙率对泡沫铝的应力预测且准确率达到了87.51%,远高于Gibson-Ashby公式的预测准确率75.03%,Gibson-Ashby公式的预测值与实际测试值的平均偏差为3.25MPa,而WEP公式预测结果的平均偏差仅为0.59MPa。此外,相较于传统的Gibson-Ashby公式,当量孔隙率公式预测应力在描述全面性、可解释性和灵活性等方面都有所提升,该评价公式为泡沫铝的性能评估提供了全新的途径。（3）以经过图像处理算法预处理的泡沫铝样品的CT扫描图像为数据基础,建立数据集。采用对抗生成网络（DCGAN）进行建模,通过精确调整模型生成器的噪声向量参数值和激活函数权重,实现了对泡沫铝图像结构的高度精细控制,并成功生成了具有高度真实物理结构的泡沫铝图像。随后,将生成的系列图像转换为STL格式的三维模型,并利用选择性激光熔化（SLM）技术将其制造成实体产品。测试结果表明逆向制造的泡沫铝较正向制造的样品,屈服应力平均提升29.09MPa,平台应力平均提升13.43MPa。逆向制造的泡沫铝结构高度可控且具有更优越的力学性能。这一创新性方法为泡沫铝材料的定制化制备提供了全新的思路和技术支持,有望为泡沫铝带来更多的高端应用场景。

关键词：数据驱动方法泡沫铝智能信息处理技术孔隙表征力学性能 SLM制造

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页岩孔隙研究新进展

地球科学进展 2012年第12期27卷 1319-1325页

作者：崔景伟邹才能朱如凯白斌吴松涛王拓中国石油勘探开发研究院北京100083 提高采收率国家重点实验室北京100083

随着非常规油气勘探的兴起页岩孔隙研究备受重视,如何研究页岩孔隙已经成为非常规油气首要解决的问题之一,其对页岩油气勘探层位选取、资源潜力评价和油气渗流能力计算具有重要意义。对页岩微—纳米孔隙表征技术、页岩孔隙类别的划分以... 详细信息

随着非常规油气勘探的兴起页岩孔隙研究备受重视,如何研究页岩孔隙已经成为非常规油气首要解决的问题之一,其对页岩油气勘探层位选取、资源潜力评价和油气渗流能力计算具有重要意义。对页岩微—纳米孔隙表征技术、页岩孔隙类别的划分以及页岩孔隙演化规律分别进行了综述并指出存在问题,同时结合最新研究进展对页岩孔隙研究进行展望。提出工业CT—微米CT—纳米CT/FIB系列辐射扫描方法和压汞(MICP)—氮气吸附(N2)—二氧化碳吸附(CO2)流体法是孔隙定量表征的最优方法,通过单井孔隙度测井资料与实验室测定结果建立校正图版指导储层孔隙发育段优选;页岩孔隙分类研究还应该考虑含油气性,利用原子力显微镜等工具加强孔隙含油性研究;孔隙演化规律研究应该采用模拟实验和真实剖面样品对比并结合矿物组成分析等寻找主控因素。

关键词：页岩孔隙表征孔隙分类孔隙演化

Cr3C2-NiCr再制造涂层孔隙对耐磨性和耐蚀性影响研究

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Cr3C2-NiCr再制造涂层孔隙对耐磨性和耐蚀性影响研究

作者：商建通山东大学

学位级别：硕士

再制造作为一种新兴产业,是我国实施可持续发展战略过程中的关键一步。再制造修复作为再制造过程中的关键环节,决定着再制造产品的质量。再制造修复技术可利用修复涂层的特有性能对零部件的损伤部位进行修复,使得再制造产品的质量可达... 详细信息

再制造作为一种新兴产业,是我国实施可持续发展战略过程中的关键一步。再制造修复作为再制造过程中的关键环节,决定着再制造产品的质量。再制造修复技术可利用修复涂层的特有性能对零部件的损伤部位进行修复,使得再制造产品的质量可达到甚至超过新品。大型风机的造价高昂、附加值高,具有很高的再制造价值。风机叶轮的失效行为多是受到固体颗粒冲蚀和磨损引起的,利用涂层对其进行再制造修复意义重大。Cr3C2-NiCr涂层具有优良的耐磨、耐蚀性,将其应用于风机叶轮、轮轴等部位可有效提升风机服役性能。孔隙作为涂层的一种固有结构,是影响涂层质量的关键因素。以涂层孔隙为研究点,面向涂层在浸油环境下的耐磨性能以及中性盐雾腐蚀环境下的耐冲蚀性能,开展Cr3C2-NiCr涂层的制备工艺研究。首先,研究了喷涂工艺对涂层孔隙形貌的影响作用。喷涂功率、送粉速率和喷涂距离是影响涂层孔隙形貌的三个主要因素,通过单因素试验改变喷涂工艺条件来调控涂层内部的孔隙形貌。在一定范围内,当喷涂功率由25kW增加到45kW时,涂层孔隙率由17.67%降到3.07%。当送粉速率由18g/min逐渐增加到45g/min时,涂层孔隙率出现先降低后升高的现象,孔隙率由5.69%降到2.45%后增至5.20%。当喷涂距离由80mm逐渐增加到100mm时,孔隙率由4.08%增至5.57%。由于沉积环境的不同,涂层会出现“孔隙聚集”现象,孔隙多集中于涂层靠近结合界面的位置。涂层整体孔隙率越高,其等效直径大的孔隙比重越大,各涂层孔隙的等效直径多集中于2μm以下。孔隙形状则具有较大的随机性,多以等轴或近等轴孔隙为主。其次,研究了孔隙对涂层显微硬度分布的影响规律。将涂层分为近表面区域、中心区域和近结合界面区域,分别统计不同区域的孔隙分布,研究发现涂层内部显微硬度的分布与孔隙分布有关。“孔隙聚集”现象不可避免,但可通过调控喷涂工艺有效减少孔隙结构,从而使Cr3C2-NiCr功能层的显微硬度增加。然后,研究了喷涂功率、送粉速率和喷涂距离三种喷涂工艺参数之间的交互作用对孔隙率和显微硬度的影响。利用响应曲面法设计了中心复合试验,优化了涂层的孔隙率和显微硬度。研究表明,送粉速率和喷涂距离的交互作用对涂层孔隙率和显微硬度的影响显著,而喷涂功率与其他影响因子的交互作用影响不显著。在试验选取的工艺范围内,Cr3C2-NiCr涂层孔隙率最小预估值为2.216%,相应的喷涂功率P = 37.63kW,送粉速率F=32.14g/min,喷涂距离D =84.71mm。Cr3C2-NiCr涂层显微硬度最大预估值为1030.8HV,此时喷涂功率P=39.16kW,送粉速率F= 31.94g/min,喷涂距离D=93.54mm。由回归模型得到的响应曲线可知,涂层孔隙率与显微硬度存在负相关关系,即涂层孔隙率越大,显微硬度越小。最后,对不同孔隙率涂层在浸油环境下的耐磨性能和盐雾腐蚀环境下的抗冲蚀性能进行了评价,分析了涂层内部不同的孔隙结构对其浸油摩擦行为和腐蚀后抗冲蚀行为的影响机制。在浸油摩擦环境下,对于同种涂层,增大载荷可以有降低涂层的摩擦系数,而在同种载荷下,提高孔隙率可降低涂层的摩擦系数,但是孔隙率越高,其磨损失重量越高。不同孔隙率涂层在浸油环境下磨损机制不同,高孔隙率涂层主要是磨粒磨损,低孔隙率涂层则主要是粘着磨损。在盐雾腐蚀环境下,Cr3C2-NiCr涂层孔隙率越高,耐腐蚀性能越差。盐雾腐蚀改变了Cr3C2-NiCr涂层的冲蚀磨损机制,腐蚀后的涂层抗冲蚀性能下降较为严重,且孔隙率越大,腐蚀涂层的抗冲蚀性能越差。改善Cr3C2-NiCr涂层的耐盐雾腐蚀性能可有效提高涂层在海洋环境下的抗冲蚀性能。

关键词：再制造响应曲面法孔隙表征浸油摩擦腐蚀-冲蚀性能

构造煤孔裂隙结构演化对甲烷吸附解吸规律研究

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构造煤孔裂隙结构演化对甲烷吸附解吸规律研究

作者：蔡俊杰贵州大学

学位级别：硕士

贵州地区煤炭资源丰富,是南方最重要的煤炭基地,但构造煤在贵州地区普遍赋存,特别是突出严重的矿区,如何经济有效地实现煤层气地面开采和瓦斯井下抽采是目前研究的热点与难点。开展构造煤孔裂隙结构的甲烷吸附解吸特征及固液气转换规律... 详细信息

贵州地区煤炭资源丰富,是南方最重要的煤炭基地,但构造煤在贵州地区普遍赋存,特别是突出严重的矿区,如何经济有效地实现煤层气地面开采和瓦斯井下抽采是目前研究的热点与难点。开展构造煤孔裂隙结构的甲烷吸附解吸特征及固液气转换规律等相关研究,能更深入地了解构造煤孔裂隙结构演化对甲烷吸附解吸的影响规律,从而为煤矿工作者在提高瓦斯抽采效率与产量方面提供相应的指导。同时,该类研究对防治瓦斯灾害的发生具有重要意义。本文以构造煤孔裂隙结构演化对甲烷吸附解吸为研究核心,采用物理实验、理论分析、吸附解吸模型、数值模拟等多种研究手段,以贵州地区典型矿区构造煤为样品,量化表征构造煤孔裂隙结构,探讨甲烷固气-固液吸附解吸模式,并且基于微孔填充和液相吸附理论构建固气-固液吸附解吸模型,再结合分子模拟可以更好地揭示构造煤孔裂隙结构演化控制甲烷固液气转换的规律,得到的主要结论如下:(1)实验煤样孔隙容积、比表面积联孔孔径范围分别为22.4～62.5 nm和11.9～26.7～100.7 nm。对比分析两种测试方法可知,高压压汞法测得的孔隙容积、比表面积以中大孔占比较高,液氮吸附法测得孔径范围为3～160 nm,微孔及小孔孔隙容积、比表面积占比高,两者测试结果不一致。因此,根据联孔原则,对两种测试结果进行联孔表征,实验煤样的孔隙容积联孔范围分别为22.4～23.4 nm、57.3～62.5 nm、57.3～62.5 nm;实验煤样的孔隙比表面积联孔范围分别为26.7～32.4nm、44.5～50.4 nm、82.2～100.7 nm。(2)构造煤孔隙特征影响着甲烷饱和吸附量和甲烷解吸速率。对实验煤样进行甲烷等温吸附实验,得到甲烷的饱和吸附量,通过对实验煤样孔隙容积和比表面积与甲烷饱和量进行线性拟合,发现孔隙容积跟饱和吸附量相关系数为0.9581,呈正相关关系;微小孔孔容、中大孔比表面积跟解吸速率相关系数分别为0.9919、0.9788,呈正相关关系;说明构造煤的孔隙特征共同控制着甲烷吸附解吸的过程。(3)基于固气-固液吸附理论构建的DA-Langmuir(液相)吸附解吸方程能够很好地反应构造煤中甲烷等温吸附特性。微孔填充理论符合微孔为甲烷吸附主要部位的实验结果,液相吸附理论能够很好地解释煤层产气过程,基于这两种吸附理论构建固气-固液共同控制的甲烷吸附模型,且构建的DA-Langmuir(液相)吸附解吸方程与甲烷等温吸附数据拟合度最低为0.9963;同时以联孔位置的孔隙容积、比表面跟参数、进行相关性拟合,拟合度为0.9689,说明参数、可反映构造煤中不同吸附形式的甲烷吸附量占比。(4)基于DA-Langmuir(液相)吸附解吸方程和分子模拟结果将甲烷赋存划分为固态孔、气态孔和液态孔。构造煤联孔后微小孔径范围内甲烷赋存状态定义为固态孔,联孔范围内的孔径甲烷赋存状态定义为气态孔,联孔后大孔径范围内的甲烷赋存状态定义为液态孔。

关键词：构造煤孔隙表征甲烷吸附解吸吸附模型分子模拟

非常规油气储层孔隙结构研究方法及评价参数综述

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土木工程 2022年第4期11卷 644-663页

作者：王化尧王帅栋席思达寻兴建中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京

如何开采利用非常规油气储层中的油气资源是目前国际社会关注的热点问题,准确地表征非常规油气储层中岩层的孔隙结构对其开采具有重要的指导意义。本文通过大量文献的汇总分析,综述了目前可用于非常规油气储层微观孔隙表征的几种技术,... 详细信息

如何开采利用非常规油气储层中的油气资源是目前国际社会关注的热点问题,准确地表征非常规油气储层中岩层的孔隙结构对其开采具有重要的指导意义。本文通过大量文献的汇总分析,综述了目前可用于非常规油气储层微观孔隙表征的几种技术,并对不同技术后期数据、图像的分析处理进行了汇总说明。同时以分形维数、可动流体饱和度、渗透率为例,介绍了用于评价储层的参数,并对评价方法进行了简述。

关键词：非常规油气储层孔隙结构孔隙表征储层评价参数分形维数

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页岩气勘探开发实验测试技术挑战与发展方向

油气藏评价与开发 2021年第2期11卷 164-175页

作者：高玉巧蔡潇何希鹏丁安徐高和群吴艳艳夏威中国石化华东油气分公司勘探开发研究院江苏南京210019

随着中国页岩气工业的蓬勃发展,页岩气地质评价实验测试技术不断完善。国内目前形成了一套以岩心前处理、矿物成分、地球化学、孔隙结构、物理性质、力学性质及含气量为主的七大类技术系列。而页岩储层作为一种细粒沉积,相对于传统砂岩... 详细信息

随着中国页岩气工业的蓬勃发展,页岩气地质评价实验测试技术不断完善。国内目前形成了一套以岩心前处理、矿物成分、地球化学、孔隙结构、物理性质、力学性质及含气量为主的七大类技术系列。而页岩储层作为一种细粒沉积,相对于传统砂岩、砾岩、粉砂岩等碎屑岩储层,具有典型低孔、特低渗特征,且天然裂缝及微纳米孔隙发育,由此给页岩气地质评价实验技术带来了4个方面的挑战:即沉积微相多变、成岩演化复杂、孔隙结构表征困难和流体流动机理多元。为进一步加快中国页岩气勘探开发进程,解决实际生产过程中瓶颈和问题,对页岩气地质评价实验测试技术提出了4个方向的展望:(1)储层精细描述亟待由静态表征向动态演化发展;(2)储层孔隙及孔隙内流体赋存方式的研究向真实地质条件下的模拟实验发展;(3)孔隙表征由单一尺度向宏观、微观多尺度融合发展;(4)基于大数据的实验数据挖掘向产能评价和预测发展,以期为中国页岩气勘探开发技术和理论发展提供重要依据。

关键词：页岩气地质评价实验测试技术孔隙表征多尺度融合