基於斷層掃描影像進行孔徑對顆粒催化劑流動的影響研究

概述

二氧化矽氧化鋁顆粒催化劑中孔隙結構對大長度尺度（約 104 m）流體流動的影響對於理解其性能具有重要意義。在這個專案中，使用多尺度斷層掃描（MT）方法來獲取從奈米到毫米尺度的催化劑顆粒影像。所使用的樣品在不同溫度下燒結/煅燒。

然後對影像進行分析並分割成二值化數據集，然後在 Simpleware 軟體中對每個長度尺度的奈米/微米結構進行網格劃分。在 ANSYS Fluent 中針對不同孔徑對流動的影響進行滲透率計算，對催化劑的傳輸特性產生新的見解。

亮點

從 XMT、DBFIB/FIBSEM 和 ET 獲取不同長度尺度的 3D 數據
將數據分割成二值化數據集
使用 Simpleware FE 生成每個長度尺度的複雜奈米/微米結構的 CFD 網格
在 ANSYS Fluent 中計算滲透率
透過模擬與實驗測試來確定孔隙率對流動的影響

影像擷取

將兩種顆粒狀催化劑擠出形成三葉顆粒，在不同溫度下煅燒以產生兩個用於掃描的樣品，使用同步加速器 X 射線顯微斷層掃描（XMT）、雙束聚焦離子斷層掃描（DBFIB）和電子斷層掃描（ET）來獲得不同長度尺度的 3D 影像。

3D 斷層掃描重建後，將資料處理以減少雜訊並分割散裝材料和空隙，從而產生二值化資料集，還對顆粒樣品進行了實驗測量以確定滲透性。

圖：不同斷層掃描技術及其典型體素長度尺度的表示

影像處理與網格劃分

為了對催化劑顆粒的滲透率進行建模，使用 MATLAB 鏡像斷層掃描體積，然後使用 Simpleware ScanIP 和 Simpleware FE 將每個長度尺度的奈米/微米結構轉換為體積網格，使用洪水填充選擇感興趣的區域，流體邊界界面的網格劃分比整體更精細，並在網格的上游和下游方向添加緩衝區，該緩衝區導出到 ANSYS Fluent，準備進行滲透率 CFD 分析，將更精細長度尺度的模擬結果輸入到下一個長度尺度的結構中，直到模擬考慮了催化劑中的所有相關尺度。