双尺度孔隙结构矿堆精细表征及浸矿多场耦合模型研究.docx

双尺度孔隙结构矿堆精细表征及浸矿多场耦合模型研究
论文结合nCT扫描、计算机三维图像处理方法和浸矿过程建模仿真等手段，
研究堆浸体系宏细观结构特征和水力学特性,提出矿堆结构精细化表征参数体系
基于矿堆三维图像,建立两级渗流—两级传质—双尺度孔隙结构矿堆精细表征及浸矿多场耦合模型研究
论文结合nCT扫描、计算机三维图像处理方法和浸矿过程建模仿真等手段，
研究堆浸体系宏细观结构特征和水力学特性,提出矿堆结构精细化表征参数体系
基于矿堆三维图像,建立两级渗流—两级传质—固液反应—多相传热的浸矿多场
耦合模型,通过氧化铜矿浸出的数值仿真,揭示孔隙尺度浸矿体系各物理场动态
响应机制，主要研究工作如下：(1)通过MCTB描获取浸柱和矿石三维图像，基于
三维图像处理方法,分析矿石单颗粒和散体形态特性,形成以粒级—球度—颗粒
排列—颗粒内矿物分布的矿石颗粒散体表征体系和以孔喉轴线长—断面面积—
断面周长的孔隙表征体系,并以工艺矿物学分析和常规筛分实验结果部分验证图
像计算的有效性。(2)提出两种基于图像计算的矿堆水力学特性预测方法:通过浸
柱CT图像的颗粒散体特性分析，利用Carman-Kozeny经验方程计算介质渗透率；
采用直接孔隙图像开展Navier-Stokes流动模拟计算任意(孔隙型/裂隙型)多孔
介质渗透率/水力传导率。
开展浸柱渗流实验,验证图像预测渗透率的可靠性。根据孔喉图像计算孔喉
断面形状系数(圆度—粗糙度—径长比)和无量纲水力传导率,利用反向传播(BP)
神经网络,建立形状系数与无量纲水力传导率的新关系。
(3)在阐明宏细观结构和物理特性差异的基础上，根据矿堆三维CT图像构建
双尺度孔隙结构矿堆,建立基于Navier-Stokes和Brinkman’s双区域控制方程
的矿堆渗流模型,开展两级渗流模拟,实现优势流可视化,分析细观体系重要性。
(4)在两级渗流模型基础上建立包含宏观孔隙、脉石颗粒和孔雀石的双尺度孔隙
结构矿堆浸矿模型。
构造宏观孔隙和脉石颗粒内