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多孔介質的概念及特征

2014-08-21

多孔介質
含有大量孔隙的固體稱為多孔固體,孔隙空間中充滿單相或多相流體。
當關心的重點為固體中的流體行為時稱多孔固體為多孔介質。
主要物理特征
多孔介質的固體骨架可以是連續相
  (固結)也可是非連續相(非固結)
孔隙空間通常相互連通的連續相
   (細胞組織可能例外)。
食品與農產品干燥涉及到的物料
    通常為毛細多孔介質(r≤10-5m)

多孔介質的表征

 

孔隙率
多孔介質孔隙空間體積占總體積的比由孔隙率表征:


其中, —孔隙率;    —空隙體積;  —介質總體積。
孔隙迂曲度
表征多孔介質孔隙彎曲程度的的參數是迂曲度,定義為:


式中:ξ為迂曲度,L為孔隙兩端直線長度,LD為真實長度,即流體穿過孔隙所走的路程。

比表面積
固體骨架總表面積與多孔介質總體積的比由比表面積表征:


其中, —比表面積; —固體骨架總表面積; —介質總體積。
孔隙大小及其分布
孔隙大小及其分布是等效值,通常需通過實驗測得,如可通過非潤濕性流體注入多孔介質的方法測得:


式中:σ為流體表面張力,θ為接觸角,pc流體進入孔隙所需壓力。

飽和度
多孔介質孔隙空間不一定被某種流體*占據,表示某種流體所占孔隙空間比例的量稱為這種流體的飽和度:


式中:sl—流體l的飽和度,Vl—流體體積;Vv—多孔介質孔隙空間體積。

多孔介質滲透率
流體通過多孔介質的難以程度可以用“滲透率”來加以表征。滲透率由達西定律定義:


式中:k—多孔介質的滲透率,u—達西速度(截面上的流體平均速度);μ—流體的動力粘度;p—流體的壓強。

滲透率是流體飽和度的函數,流體飽和時的滲透率稱為飽和滲透率。

 

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