Adaptive Algebraic Multiscale Solver for Compressible Flow in Heterogeneous Porous Media
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出了一种自适应代数多尺度求解器（C-AMS）用于异质多孔介质中的可压缩流，通过构建保守的粗尺度系统和局部基函数，结合自适应更新的求解器和多尺度方法，提高求解效率。
2017-05-15 cs.CE cs.NA math.NA
A Bayesian Multiscale Deep Learning Framework for Flows in Random Media
University of Notre Dame（圣母大学）
由多尺度偏微分方程（PDE）控制的复杂系统的细尺度模拟计算量很大，已经开发了各种多尺度方法来解决这些问题。此外，它是具有挑战性的开发精确的代理和不确定性量化模型的随机多尺度偏微分方程使用有限的训练数据的高维问题。在这项工作中，为了解决这些挑战，我们引入了一种新的混合深度学习和多尺度方法，用于训练数据有限的随机多尺度偏微分方程。为了演示的目的，我们专注于多孔介质流动问题。我们使用图像到图像的监督深度学习模型来学习输入渗透率场和多尺度基函数之间的映射。我们引入贝叶斯方法，这个混合框架，使我们能够执行不确定性量化和传播任务。这种混合方法的性能进行了评估与不同的固有维数的渗透率场。数值结果表明，混合网络可以有效地预测高维输入。
2021-06-22 cs.LG physics.comp-ph
Accelerating the Monte Carlo simulation of the Enskog equation for multiscale dense gas flows
提出一种蒙特卡罗框架内的通用合成迭代格式，通过介观-宏观双向耦合加速Enskog方程求解，实现近连续流中快速收敛和渐近保持，显著减少模拟时间，并应用于页岩气开采中多孔介质流分析。
2025-09-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A framework for computing effective boundary conditions at the interface between free fluid and a porous medium
从经验或ad-hoc模型确定的界面边界条件仍然是模拟多孔介质上流体流动的标准方法，即使在多孔介质的拓扑结构已知的情况下。我们提出了一个非经验的和准确的方法来计算有效的边界条件之间的多孔表面和上覆流的界面。利用多尺度展开（均匀化）方法，我们得到了Beavers和Joseph（1967）提出的经验条件的张量推广形式。通过在包含自由流和多孔介质的界面附近的一个小的计算域中求解一组Stokes方程，获得了确定界面处的有效滑移速度的张量的分量。使用盖驱动的空腔流与多孔床，我们证明了推导出的边界条件是准确和强大的比较有效的模型直接数值模拟。最后，我们提供了一个开放的源代码，解决了微尺度问题，并计算速度边界条件没有自由参数的任何多孔床。
2016-11-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Estimating relative diffusion from 3D micro-CT images using CNNs
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学）；Math2Market GmbH（Math2Market有限责任公司）
在过去的几年里，卷积神经网络（CNN）已经证明了它们直接从孔隙空间几何形状预测多孔介质研究中特征量的能力。由于与经典计算方法相比，经常观察到计算时间的显著减少，因此通过CNN进行体参数预测特别引人注目，例如用于有效扩散。虽然目前的文献主要集中在完全饱和的多孔介质，部分饱和的情况下，也有很高的兴趣。由于在这种情况下，可用于扩散传输的域的性质不同且更复杂的几何形状，标准CNN往往会在较低的饱和率下失去鲁棒性和准确性。在本文中，我们展示了CNN直接从完整的孔隙空间几何形状进行相对扩散预测的能力。因此，我们的CNN方便地融合了扩散预测和一个完善的形态模型，该模型描述了部分饱和多孔介质中的相分布。
2022-08-04 cs.LG physics.comp-ph
Graph Convolutional Networks for Simulating Multi-phase Flow and Transport in Porous Media
Chevron Technical Center（雪佛龙技术中心）；The University of Arizona（亚利桑那大学）
针对CNN难以处理多孔介质多相流模拟中非结构化网格的问题，提出适配耦合PDE双曲特性的GCN代理模型，可高精度预测压力与饱和度演化，对未见过的不规则域和非结构化网格泛化性好。
2024-04-15 cs.LG physics.comp-ph
Comparison and Application of non-Conforming Mesh Models for Flow in Fractured Porous Media using dual {L}agrange multipliers
具有储层特征的地质背景包括具有不同材料和几何性质的裂缝。因此，在应用物理学的数值模拟的计算框架，有效地允许集成在多孔介质矩阵中的各种裂缝几何形状的需求。本文提出了一种裂缝性多孔介质单相渗流的模拟方法，并将其应用于不同类型的非协调网格模型。我们提出了一个结合的拉格朗日乘子法与变分传输，以允许复杂的非一致的几何形状，以及混合和等维模型和离散化的流动通过裂缝性多孔介质。变分传递基于$L^2$投影，并且使得能够在非协调网格（例如，裂缝和多孔基质域之间）。我们提出了不同的技术作为一个统一的数学框架与实用的角度来看。通过数值例子，我们讨论了这两个，性能和适用性的特定策略。有限元模拟结果与广泛采用的2D基准情况的比较显示出良好的一致性，双拉格朗日乘子空间显示出良好的性能。在对3D裂缝网络的扩展中，我们首先为最近开发的基准案例提供补充结果，然后探索利用不同类型裂缝网格的复杂场景。发现复杂和高传导性裂缝网络更适合与嵌入式混合维裂缝组合。然而，厚和阻塞裂缝更好地近似等维嵌入裂缝和等维砂浆方法，分别。
2020-08-14 cs.CE physics.comp-ph
Multiscale modeling framework of a constrained fluid with complex boundaries using twin neural networks
本文提出孪生神经网络增强的多尺度框架，通过神经网络表示粗粒化势并代理预测复杂边界下受限流体的速度剖面，实现原子尺度与介观尺度模拟的准确连接。
2024-08-06 physics.chem-ph physics.comp-ph
Higher order homogenized boundary conditions for flows over rough and porous surfaces
我们推导出一个均匀化的宏观模型的流体流动有序均匀多孔表面。无侧限自由流由纳维-斯托克斯方程描述，而达西方程控制多孔区域内的渗流。边界条件，准确地捕捉质量和动量输运在这两个域之间的接触面使用多尺度均匀化技术。除了获得广泛使用的Beavers-Joseph滑动条件的广义版本的切向速度，目前的工作提供了一个精确的制定在流体多孔界面的蒸腾速度和压力跳，这两个条件是必不可少的处理二维和三维多孔介质的流动。所有的本构参数出现在界面条件计算通过解决一组斯托克斯问题上一个小得多的计算域，使配方的经验参数。所提出的界面条件的张量形式使得处理各向同性、正交各向异性和各向异性介质上的流动成为可能。一个子集的界面条件，多孔介质，可以用来模拟粗糙的墙壁上的流动。所提出的宏观模型的准确性进行了数值量化的多孔和粗糙的墙壁上的流动，通过比较从我们的均匀化模型的结果与几何分辨的微观模拟。
2020-12-14 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multiphase lattice Boltzmann simulations for porous media applications -- a review
在过去的二十年里，格子玻尔兹曼方法已经成为一种越来越流行的工具来计算复杂几何形状如多孔介质中的流动。除了单相模拟允许，例如，多孔样品的渗透率的精确量化，格子玻尔兹曼方法的一些扩展是可用的，其允许在孔隙尺度水平上研究多相和多组分流动。在这篇文章中，我们给出了一个广泛的概述，这些扩散界面模型，并讨论其优点和缺点。此外，我们很快报告包含固体颗粒的多相流，以及实施细节和优化问题。
2016-02-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
An implicit kinetic scheme for multiscale heat transfer problem accounting for phonon dispersion and polarization
在考虑声子色散和极化的非灰模型基础上，发展了一种求解定态声子玻尔兹曼输运方程的隐式动力学格式。由于色散声子平均自由程的范围很宽，非格雷模型下的声子输运本质上是多尺度的，并且必须针对不同的声子频率和分支进行不同的和适当的求解。所提出的隐式动力学格式由微观迭代和宏观迭代组成。通过求解声子BTE，微观迭代能够自动适应每个声子频率和支的声子平均自由程的变化。所有声子的能量转移聚集在一起的微观迭代计算热通量。根据热通量，通过宏观传热方程预测了温度场，并更新了声子BTE中的平衡态。声子BTE求解器和宏观方程的组合使得本方法在宽的长度尺度上非常有效。通过对硅中跨平面、面内和纳米多孔介质传热的数值实验，验证了该方法能够正确处理声子色散和极化效应，在较宽的范围内有效地预测多尺度传热现象.该方法可以比典型的隐式DOM快几十倍，并保持相同数量的内存需求的傅立叶求解器的多尺度传热问题。
2018-06-07 physics.comp-ph
Mapping Reactive Flow Patterns in Monolithic Nanoporous Catalysts
高效多孔催化剂膜的开发关键取决于我们对大多数化学转化发生在多孔结构内的位置的理解。这需要映射的化学反应和质量传输内的复杂的纳米级架构的多孔催化剂膜，这是一个多尺度的问题，在时间和空间域。为了解决这个问题，我们开发了一个多尺度的质量输运计算框架的基础上的格子玻尔兹曼方法（LBM），使我们能够考虑催化反应在气固界面通过引入一个新的边界条件。在良好的协议与实验中，模拟表明，大多数催化反应发生在附近的气体流面向侧的催化剂膜，如果化学反应是快速的多孔催化剂膜内的传质相比。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Study of fluid displacement in 3D porous media with an improved multi-component pseudopotential lattice Boltzmann method
将最近发展起来的一种改进的多分量赝势格子玻尔兹曼方法推广到三维，并分析了它在模拟真实多孔介质流动中的适用性。该模型的验证和特点，通过基准，我们研究其性能，通过模拟不混溶流体在三维几何形状的位移。被认为是两个样本，即，一包球数值获得，和Bentheimer砂岩岩石样品实验获得。我们表明，与此模型，它是可能的，以模拟现实的粘度比，调整表面张力独立，最重要的是，以保持被困流体的体积。我们还评估了该模型在图形处理单元（GPU）上的计算性能，并提到了实现的优化，以提高计算速度，减少内存需求。
2022-10-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mode Decomposition Methods for Flows in High-Contrast Porous Media. Part II. Local-Global Approach
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
本文结合广义多尺度有限元方法和模态分解技术，提出一种鲁棒的局部-全局降阶方法，通过粗网格上的POD和DMD显著减小流动问题规模并准确捕捉全分辨率解的行为。
2013-01-24 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Multiscale finite elements through advection-induced coordinates for transient advection-diffusion equations
University of Hamburg（汉堡大学）
本文提出一种基于多尺度有限元方法的新型尺度提升方法，通过输运诱导坐标变换减轻输运效应，用于瞬态输运-扩散方程的模拟，以提高长期模拟的可靠性。
2018-02-21 cs.DS cs.NA math.NA
The Multiscale Perturbation Method for Two-Phase Reservoir Flow Problems
本文提出两相流多尺度摄动方法（MPM-2P），结合区域分解与多尺度Robin耦合方法，通过重用基函数避免完整更新，在保证精度的同时将两相流模拟计算成本降低近90%。
2021-03-19 cs.NA math.NA physics.comp-ph
