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多孔介质的概念及特征

更新时间:2019-11-01点击次数:4555

多孔介质
含有大量孔隙的固体称为多孔固体,孔隙空间中充满单相或多相流体。
当关心的重点为固体中的流体行为时称多孔固体为多孔介质。
主要物理特征
多孔介质的固体骨架可以是连续相
  (固结)也可是非连续相(非固结)
孔隙空间通常相互连通的连续相
   (细胞组织可能例外)。
食品与农产品干燥涉及到的物料
    通常为毛细多孔介质(r≤10-5m)
多孔介质的表征
 
孔隙率
多孔介质孔隙空间体积占总体积的比由孔隙率表征:

其中, —孔隙率;    —空隙体积;  —介质总体积。
孔隙迂曲度
表征多孔介质孔隙弯曲程度的的参数是迂曲度,定义为:

式中:ξ为迂曲度,L为孔隙两端直线长度,LD为真实长度,即流体穿过孔隙所走的路程。
比表面积
固体骨架总表面积与多孔介质总体积的比由比表面积表征:

其中, —比表面积; —固体骨架总表面积; —介质总体积。
孔隙大小及其分布
孔隙大小及其分布是等效值,通常需通过实验测得,如可通过非润湿性流体注入多孔介质的方法测得:

式中:σ为流体表面张力,θ为接触角,pc流体进入孔隙所需压力。
饱和度
多孔介质孔隙空间不一定被某种流体*占据,表示某种流体所占孔隙空间比例的量称为这种流体的饱和度:

式中:sl—流体l的饱和度,Vl—流体体积;Vv—多孔介质孔隙空间体积。
多孔介质渗透率
流体通过多孔介质的难以程度可以用“渗透率”来加以表征。渗透率由达西定律定义:

式中:k—多孔介质的渗透率,u—达西速度(截面上的流体平均速度);μ—流体的动力粘度;p—流体的压强。
渗透率是流体饱和度的函数,流体饱和时的渗透率称为饱和渗透率。