簡介
編輯流體力學和地球科學中的滲透率(通常用 k 表示)是衡量多孔材料(通常是巖石或松散材料)允許流體通過的能力的量度。
滲透性
編輯滲透性是多孔材料的一種特性,表示流體(氣體或液體)流過它們的能力。 與低滲透性材料相比,流體更容易流過高滲透性材料。 介質的滲透率與孔隙率有關,還與介質中孔隙的形狀及其連通程度有關。 斷層帶巖石的脆性變形也會影響不同巖性環境中的流體流動; 發生這種情況的機制是斷層帶水文地質學的主題。 滲透性還受材料內部壓力的影響。
單位
編輯滲透率的 SI 單位是 m2。 滲透率的實用單位是達西 (d),或更常見的毫達西 (md)(1 達西 ≈ {\displaystyle \approx } 10?12 m2)。 這個名字是為了紀念法國工程師 Henry Darcy,他首先描述了飲用水供應中水流通過砂濾器的情況。 大多數材料的滲透率值通常在幾分之一到幾千毫達西之間。 有時也使用 cm2 的單位 (1 cm2 = 10?4 m2 ≈ {\displaystyle \approx } 108 d)。
應用
編輯滲透率的概念對于確定油氣藏中碳氫化合物以及含水層中地下水的流動特性非常重要。
對于被認為是未經增產的可開采油氣藏的巖石,其滲透率必須大于約 100 md(取決于油氣的性質——滲透率較低的氣藏仍可開采,因為氣體相對于 油)。 滲透率明顯低于 100 md 的巖石可以形成有效的密封(參見石油地質學)。 疏松砂的滲透率可能超過 5000 md。
該概念在地質學之外還有許多實際應用,例如在化學工程(例如過濾)以及土木工程中確定場地的地面條件是否適合施工時。
描述
編輯滲透率是達西定律中比例常數的一部分,達西定律將排放量(流量)和流體物理特性(例如粘度)與應用于多孔介質的壓力梯度聯系起來:
v = k η Δ P Δ x {\displaystyle v={\frac {k}{\eta }}{\frac {\Delta P}{\Delta x}}} (對于線性流)
所以:
k = v η Δ x Δ P {\displaystyle k=v{\frac {\eta \Delta x}{\Delta P}}}
在哪里:
v {\displaystyle v} 是通過多孔介質的流體速度(即計算的平均流速,就好像流體是多孔介質中存在的xxx相一樣)(m/s)k {\displaystyle k} 是 介質的滲透率 (m2)η {\displaystyle \eta } 是流體的動態粘度 (Pa·s)Δ P {\displaystyle \Delta P} 是施加的壓差 (Pa)Δ x {\displaystyle \Delta x} 是多孔介質層的厚度 (m)
在天然存在的材料中,滲透率值的范圍超過許多數量級(有關此范圍的示例,請參見下表)。
與導水率的關系
水流通過多孔介質的全局比例常數稱為水力傳導率(K,單位:m/s)。 滲透率,或固有滲透率,(k,單位:m2)是其中的一部分,是固體骨架和多孔介質本身的微觀結構的特定性能特征,與流經流體的性質和性質無關 介質的孔隙。 這允許考慮溫度對流過多孔介質的流體粘度的影響,并處理純水以外的其他流體,例如濃縮鹽水、石油或有機溶劑。 給定所研究系統的導水率值,滲透率可計算如下:
k = K η ρ g {\displaystyle k=K{\frac {\eta }{\rho g}}}其中
- k {\displaystyle k} 為磁導率,m2
- K {\displaystyle K} 是導水率,m/s
- η {\displaystyle \eta } 為流體的動力粘度,Pa·s
- ρ {\displaystyle \rho } 是流體的密度,kg/m3
- g {\displaystyle g} 是重力加速度,m/s2。
各向異性滲透率
大腦、肝臟、肌肉等組織可以視為異質多孔介質。 描述這種介質中生物流體(血液、腦脊液等)的流動需要對組織進行完整的 3 維各向異性處理。
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