title: Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός στοχαστικά ανακατασκευασμένων 3D πορωδών δομών με τεχνικές προσθετικής κατασκευής
Creators: name: Κονδυλη Γεωργια-Αννα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας 
ολοκληρωμένης μεθοδολογίας για το σχεδιασμό και την κατασκευή πορωδών συνθετικών δομών με χαρακτηριστικά ψαμμιτικών πετρωμάτων, καθώς και ο εργαστηριακός χαρακτηρισμός αυτών ως προς τη διαπερατότητά τους. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε λογισμικό που έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Ρευστομηχανικής της Σχολής Μηχανικών Ορυκτών Πόρων για τη στοχαστική ανακατασκευή τρισδιάστατων ψηφιακών δομών με βάση καθιερωμένα πρότυπα χωρικής κατανομής της πορώδους δομής σε συνδυασμό με εμπορικά προγράμματα σχεδιασμού αρχείων στερεολιθογραφίας προκειμένου να σχεδιαστούν δοκίμια γεωλογικών πορωδών μέσων. Σχεδιάστηκαν δομές με διαφορετικές τιμές σε τρεις χαρακτηριστικές παραμέτρους: το πορώδες, το μήκος χωρικής συσχέτισης της 
στερεής φάσης και το πρότυπο χωρικής συσχέτισης. Χρησιμοποιήθηκε μια τεχνική 
τρισδιάστατης (προσθετικής) εκτύπωσης με βάση το φωτοπολυμερισμό κατάλληλης ρητίνης προκειμένου να κατασκευαστούν δοκίμια με τα παραπάνω χαρακτηριστικά.Τα εκτυπωμένα τρισδιάστατα δοκίμια χαρακτηρίστηκαν εργαστηριακά ως προς τη διαπερατότητά τους κατά Darcy με χρήση μίας διάταξη ροής που συνδυάζει αντλία ακριβείας και διαφορικό μανόμετρο με πολύ μεγάλη διακριτική ευκρίνεια. Συγκρίνοντας της εργαστηριακές τιμές της διαπερατότητας με θεωρητικά πρότυπα και δεδομένα της βιβλιογραφίας, διαπιστώθηκε ότι η συγκεκριμένη μεθοδολογία είναι κατάλληλη για σχεδιασμό ψηφιακών δομών με εξαιρετικό έλεγχο ως προς τα μικροσκοπικά τους χαρακτηριστικά προκειμένου να κατασκευαστούν πρότυπα γεωλογικών πορωδών με προκαθορισμένες μακροσκοπικές ιδιότητες. Υπήρξε καλή σύγκλιση μεταξύ της θεωρητικά αναμενόμενης τιμής της διαπερατότητας και της μετρούμενης εργαστηριακά τιμής στα δοκίμια.

description: The objective of this thesis is the development of an integrated methodology for the 
design and construction of synthetic porous structures that bear the same microscopic
characteristics with sandstone, as well as their laboratory characterization in terms of their permeability. Initially, an inhouse software developed at the Applied Fluid Mechanics 
Laboratory of the School of Mineral Resources Engineering was used to stochastically 
reconstruct 3D digital structures based on well-established porosity spatial distribution
algorithms in combination with commercially available stereolithography file design programs to design samples of geological porous media at the pore-scale. The digital domains were designed with different values of three characteristic parameters: the porosity, the spatial correlation length of the solid phase, and the spatial correlation pattern. A 3D printing (additive manufacturing) methodology based on the photopolymerization of a suitable resin was used to fabricate 3D porous structures with the above well-defined characteristics. The printed 3D structures were then characterized in our laboratory in terms of their Darcy permeability using 
a flow setup combining a precision pump and differential manometer with a very good 
measuring resolution. By comparing the measured permeability values with the values 
predicted by theoretical models and literature data, it was found that this approach is suitable for the design of porous domains with excellent control over their microscopic features in order to construct geological pore models with tunable macroscopic properties. Our study demonstrated a good convergence between the theoretically expected permeability values and the laboratory measured values of the samples.