0 引言
1 含水合物多孔介质多物理场有限元建模
1.1 几何结构与材料
Fig. 1 Geometry of numerical model of water-saturated porous media图1 水饱和多孔介质数值模型几何结构 |
Fig. 2 Three micro-distribution modes of hydrate in sediments (modified from reference [32])图2 沉积物中水合物的三种微观赋存模式(改自文献[32]) |
Fig. 3 Three-dimensional cubic geometries of hydrate-bearing porous media with different micro-distribution modes: (a) suspending mode; (b) contact mode; (c) cementation mode图3 含不同微观赋存模式水合物的多孔介质模型三维立体结构:(a)悬浮模式;(b)接触模式;(c)胶结模式 |
1.2 物理场控制方程与边界条件
1.3 网格划分与求解器
Table 2 Sizes and counts of meshes for piezoelectric wafer表2 压电晶片部分网格尺寸及数量 |
网格编号 | 最大尺寸 / μm | 最小尺寸 / μm | 网格数量 |
---|---|---|---|
1 | 200 | 40 | 5 724 |
2 | 80 | 30 | 37 971 |
3 | 60 | 20 | 91 274 |
Table 3 Sizes and counts of meshes for porous media表3 多孔介质部分网格尺寸及数量 |
网格编号 | 最大尺寸 / μm | 最小尺寸 / μm | 网格数量 |
---|---|---|---|
1 | 200 | 50 | 96 672 |
2 | 100 | 40 | 150 653 |
3 | 80 | 30 | 237 535 |
4 | 60 | 20 | 588 993 |
5 | 50 | 15 | 818 336 |
6 | 30 | 10 | 3 061 727 |
1.4 网格选取和首波到达时刻提取方法
Fig. 4 Received acoustic waves for different meshes图4 不同网格条件下接收的声波 |
Fig. 5 Variation of the arrival time for the first trough of acoustic wave with mesh counts图5 首个声波波谷到达时刻随网格数量的变化 |
Fig. 6 Received acoustic waves of different samples图6 不同样品接收的声波 |
Fig. 7 Variation of Δt with the arrival time for the first trough of acoustic waves图7 Δt随首个波谷到达时刻变化 |
2 含水合物多孔介质声速特性
Fig. 8 Received acoustic waves (time period of 2 μs): (a) suspending mode; (b) contact mode; (c) cementation mode图8 接收的声波信号(时间长度为2 μs):(a)悬浮模式;(b)接触模式;(c)胶结模式 |
Fig. 9 Sound velocities of porous media variations with hydrate saturation图9 多孔介质声速随水合物饱和度变化 |
Fig. 10 Results comparison of numerical simulation and theoretical models for sound velocity: (a) suspending mode; (b) contact mode; (c) cementation mode图10 声速数值模拟与理论模型计算结果对比:(a)悬浮模式;(b)接触模式;(c)胶结模式 |
3 含水合物多孔介质声衰减特性
Fig. 11 Received acoustic waves (20 μs): (a) suspending mode; (b) contact mode; (c) cementation mode图11 接收的声波信号(20 μs):(a)悬浮模式;(b)接触模式;(c)胶结模式 |
Fig. 12 Variations of wave attenuation Ma with hydrate saturation图12 声波衰减参数Ma随水合物饱和度变化 |