土壤水动力学PPT课件

mCT分析。
.
7
图像处理和数值建模
.
8
04 图像处理和数值建模
用SR-mCT扫描 处理团聚体
CT重建，每个聚合物总共获得 20482048像素的720个投影
用滤波反投影 算法重建图像
用累积直方图提高 图像识别的准确性
选择合适的阈值将图 像分为孔隙和固体
在图像分割之前，去 除样本中的环形伪影
将图像裁剪为400400 像素（避免边缘效应）
其中f是分布函数，ei是沿第i个方向的微观速度。
.源自文库
12
04 图像处理和数值建模
流体粒子的运动由流和碰撞组成：
.
13
04 图像处理和数值建模
参数c定义为δx/δt，其中δx是晶格间距，δt是时间步长，t是 与运动粘度有关的无量纲弛豫时间
LB方程恢复了下面的宏观Navier-Stokes方程：
.
14
Ultisol （ 红 土 ， 中 国 南 方 的 浙 江 省 （ 北 纬 30°8'24˝ ， 东 经 119°58'25˝E）） Ultisol （ 红 土 ， 中 国 南 方 的 浙 江 省 （ 北 纬 30°8'24˝ ， 东 经 119°58'25˝E））+木屑生物碳
.
6
03 方法和材料
本研究中使用的两种粘土样品取自中国的两个典型农业区。收集表
土（0-20cm）样品并均匀混合。Ultisol（精细，高岭土）和Vertisol（细，
蒙脱土）的粘土含量分别为28％和49％，总有机碳量分别为2.36和7.60
gkg-1。在室温下风干后，将两种土壤研磨通过2mm筛子。
本研究中使用的木屑生物碳是通过在反应器中在500℃下热解有机木
Hongxiang Zhou Xiuling Yu College of Environmental and Resource Sciences Zhejiang Univ. Hangzhou, 310058, China
Cheng Chen Dep. of Mining and Minerals Engineering Virginia Tech Blacksburg, VA 24061
Lingzao Zeng* Shenggao Lu College of Environmental and Resource Sciences Zhejiang Univ. Hangzhou, 310058, China
Laosheng Wu Dep. of Environmental Sciences Univ. of California Riverside, CA 92521
SR-mCT图像提取并 转化成二进制文件
扫描断层，直接用作 LB模拟的内部边界
.
9
04 图像处理和数值建模
（a）没有加生物碳的红土， （b）加了生物碳修正的红土， （c）没有加了生物碳的黑土， （d）加了生物碳的黑土。 尺寸： 400×400×400三维像素 （1.48×1.48×1.48毫米）。
04 图像处理和数值建模
在每次模拟中，雷诺数保持小于1。然后通过平均整个域中的 孔隙尺度流速u来计算达西速度v。最后，通过达西定律计算渗透 率张量：
.
15
04 图像处理和数值建模
弯曲度不能直接测量，它可以通过图像分析或流动和溶质运输建模 来计算。在这项研究中，通过两种方法从流体速度场计算出曲折值。 在第一种方法中
土壤团聚体图像然后将其用作三维孔隙几何形状来进行LB
模拟。最后，根据LB模拟结果评估土壤样品的宏观水力特
性。
.
4
研究方法与材料
.
5
03 方法和材料
样本1 样本2
样本3 样本4
Vertisol （ 黑 土 ， 中 国 北 方 的 江 苏 省 （ 34°17'39.4˝N ， 118°25'32.1˝E）） Vertisol （ 黑 土 ， 中 国 北 方 的 江 苏 省 （ 34°17'39.4˝N ， 118°25'32.1˝E））+木屑生物碳
.
2
研究背景
.
3
02 研究背景
土壤孔隙结构影响许多土壤功能和过程，并影响持水能
力，机械抵抗力和营养物质的输送。生物碳可以改变土壤
孔隙结构，改善土壤的物理结构和水力特性。基于SR-mCT
和GPU加速LB（三维格子玻尔兹曼法）模拟的结合，开发
了一种量化生物碳修正对土壤水力特性影响的方法。在这
项研究中，SR-mCT被用来获得高分辨率的生物碳修正粘质
i被定义为（0，±1，±1）; 当对i
= 15 ... 18时，i被定义为（±1，0，
±1）。如左图
格子Boltzmann方法中的d3Q19晶格结构
.
11
04 图像处理和数值建模
采用D3Q19 LB模型（三维空间中的19个速度方 向）模拟体积为400×400×400三维像素（图片尺寸 1.48×1.48×1.48 mm）的水流量。宏观流体密度ρ和 速度u可以定义为
Evaluating Hydraulic Properties of Biochar-Amended Soil Aggregates by High-Performance Pore-Scale Simulations
(利用高性能的孔隙模拟法评价生物碳改善土壤团聚体的水力特性)
汇报人：李荣
01 作者简介
.
10
04 图像处理和数值建模
当i =0时，i被定义为（0,0,0）；
当i=1,2时，i被定义为（±1,0,0）；
当i = 3,4时，i被定义为（0，±1，
0）;当i = 5,6时，i被定义为（0,0，
±1）; 当i = 7 ... 10时，i被定义为
（±1，±1，0）; 当i = 11 ... 14时，
片2小时而制成的。对于生物碳修正的土壤样品，加入生物碳（4％重量）
并充分混合。然后将修正的和未修正的（对照）土壤样品在25至28℃的
温室中温育180天。通过每周加入去离子水，使土壤含水量始终保持在
田间持水量的70％左右。温育后，将土壤样品轻轻通过5mm筛子。然后
使用光学显微镜选择具有相似尺寸和形状的大颗粒的两个重复用于SR-
其中u是局部流速的平均值，而uj是平均流动方向上的速度的j分 量，其可以在x，y或z方向上。 这种方法基于一个简单的模型， 其中假定多孔介质等效于一组平行通道。
.
16
04 图像处理和数值建模
.
17
04 图像处理和数值建模