多孔介质

多孔介质或多孔材料是包含孔隙（空隙）的材料。 材料的骨架部分通常称为基质或框架。 孔通常充满流体（液体或气体）。 骨架材料通常是固体，但泡沫等结构通常也可以使用多孔介质的概念进行有用的分析。

多孔介质通常以其孔隙度为特征。 介质的其他特性（例如渗透率、抗拉强度、电导率、曲折度）有时可以从其成分（固体基质和流体）以及介质孔隙率和孔隙结构的各自特性中推导出来，但这种推导通常很复杂。 即使是孔隙率的概念也只适用于多孔弹性介质。

通常固体基质和孔隙网络（也称为孔隙空间）都是连续的，以便形成两个相互穿插的连续体，例如在海绵中。 但也有闭孔隙率和有效孔隙率的概念，即可流动的孔隙空间。

许多天然物质，例如岩石和土壤（例如含水层、石油储层）、沸石、生物组织（例如骨头、木材、软木）以及人造材料（例如水泥和陶瓷）都可以被视为多孔介质。 它们的许多重要特性只能通过将它们视为多孔介质来合理化。

多孔介质的概念用于应用科学和工程的许多领域：过滤、力学（声学、地质力学、土壤力学、岩石力学）、工程（石油工程、生物修复、建筑工程）、地球科学（水文地质学、石油地质学、地球物理学） ), 生物学和生物物理学, 材料科学。 目前多孔材料的两个重要应用领域是能量转换和能量存储，其中多孔材料对于超级电容器、燃料电池和电池至关重要。

在微观和宏观层面上，多孔介质可以分类。 在微观尺度上，结构由孔径分布、孔隙互连和取向程度、死孔比例等统计表示。宏观技术利用在远大于 毛孔大小。

根据目标，这两种技术经常被使用，因为它们是互补的。 很明显，需要微观描述来理解聚合物溶液中大分子的吸附和孔隙堵塞等表面现象，而宏观方法通常足以满足流体流动、传热和传质要求最高的工艺设计 忧虑。 并且分子尺寸明显小于多孔系统的孔径。

通过多孔介质的流体流动是一个共同感兴趣的主题，并且已经成为一个独立的研究领域。 对涉及实体框架变形的多孔介质的更一般行为的研究称为孔隙力学。

多孔流动理论在喷墨打印和核废料处理技术等方面都有应用。

许多因素影响流体在多孔介质中的流动，其基本功能是消耗能量并通过井筒产生流体。 在多孔介质的流动力学中，能量和流速之间的联系成为最重要的问题。 表征这种联系的最基本定律是达西定律。

使用一组孔隙或孔隙网络表示存在于多孔材料内部的空隙相。 它作为预测传输参数的结构基础，并用于孔隙结构表征。

有许多理想化的孔隙结构模型。 它们大致可以分为三类：

• 毛细血管网络
• 固体粒子阵列（例如，随机紧密堆积的球体）
• 三峰

多孔材料通常具有类似分形的结构，当以逐渐增加的分辨率观察时，其孔隙表面积似乎无限增长。 在数学上，这是通过为孔隙表面指定一个大于 2 的 Hausdorff 维度来描述的。研究孔隙结构的实验方法包括共聚焦显微镜和 X 射线层析成像。

多孔材料的定律之一是广义默里定律。 广义默里定律基于通过最小化给定体积的孔隙中的传输阻力来优化传质，并且可适用于优化涉及质量变化的传质和涉及流动过程、分子或离子扩散的化学反应。

为了将半径为 r0 的父管道连接到半径为 ri 的许多子管道，公式 gen。