渗透性

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流体力学和地球科学中的渗透率(通常用k表示)是衡量多孔材料(通常是岩石或松散材料)允许流体通过的能力的量度。 渗透性是多孔材料的一种特性,表示流体(气体或液体)流过它们的能力。与低渗透性材料相比,流体更容易流过高渗透性材料。介质的渗透率与孔隙率有关,还与介质中孔隙的形状及其连通程度有关。断层带岩石的脆性变形也会影响不同岩性环境中的流体流动;发生这种情况的机制是断层带水文地质学的主题。渗透性还受材料...

简介

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流体力学和地球科学中的渗透率(通常用 k 表示)是衡量多孔材料(通常是岩石或松散材料)允许流体通过的能力的量度。

渗透性

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渗透性是多孔材料的一种特性,表示流体(气体液体)流过它们的能力。 与低渗透性材料相比,流体更容易流过高渗透性材料。 介质的渗透率与孔隙率有关,还与介质中孔隙的形状及其连通程度有关。 断层带岩石的脆性变形也会影响不同岩性环境中的流体流动; 发生这种情况的机制是断层带水文地质学的主题。 渗透性还受材料内部压力的影响。

单位

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渗透率的 SI 单位是 m2。 渗透率的实用单位是达西 (d),或更常见的毫达西 (md)(1 达西 ≈ {\displaystyle \approx } 10−12 m2)。 这个名字是为了纪念法国工程师 Henry Darcy,他首先描述了饮用水供应中水流通过砂滤器的情况。 大多数材料的渗透率值通常在几分之一到几千毫达西之间。 有时也使用 cm2 的单位 (1 cm2 = 10−4 m2 ≈ {\displaystyle \approx } 108 d)。

应用

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渗透率的概念对于确定油气藏中碳化合物以及含水层地下水的流动特性非常重要。

对于被认为是未经增产的可开采油气藏的岩石,其渗透率必须大于约 100 md(取决于油气的性质——渗透率较低的气藏仍可开采,因为气体相对于 油)。 渗透率明显低于 100 md 的岩石可以形成有效的密封(参见石油地质学)。 疏松砂的渗透率可能超过 5000 md。

该概念在地质学之外还有许多实际应用,例如在化学工程(例如过滤)以及土木工程中确定场地的地面条件是否适合施工时。

描述

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渗透率是达西定律中比例常数的一部分,达西定律将排放量(流量)和流体物理特性(例如粘度)与应用于多孔介质压力梯度联系起来:

v = k η Δ P Δ x {\displaystyle v={\frac {k}{\eta }}{\frac {\Delta P}{\Delta x}}} (对于线性流)

所以:

k = v η Δ x Δ P {\displaystyle k=v{\frac {\eta \Delta x}{\Delta P}}}

在哪里:

v {\displaystyle v} 是通过多孔介质的流体速度(即计算的平均流速,就好像流体是多孔介质中存在的xxx相一样)(m/s)k {\displaystyle k} 是 介质的渗透率 (m2)η {\displaystyle \eta } 是流体的动态粘度 (Pa·s)Δ P {\displaystyle \Delta P} 是施加的压差 (Pa)Δ x {\displaystyle \Delta x} 是多孔介质层的厚度 (m)

在天然存在的材料中,渗透率值的范围超过许多数量级(有关此范围的示例,请参见下表)。

与导水率的关系

水流通过多孔介质的全局比例常数称为水力传导率(K,单位:m/s)。 渗透率,或固有渗透率,(k,单位:m2)是其中的一部分,是固体骨架和多孔介质本身的微观结构的特定性能特征,与流经流体的性质和性质无关 介质的孔隙。 这允许考虑温度对流过多孔介质的流体粘度的影响,并处理纯水以外的其他流体,例如浓缩盐水、石油或有机溶剂。 给定所研究系统的导水率值,渗透率可计算如下:

k = K η ρ g {\displaystyle k=K{\frac {\eta }{\rho g}}}其中

渗透性

  • k {\displaystyle k} 为磁导率,m2
  • K {\displaystyle K} 是导水率,m/s
  • η {\displaystyle \eta } 为流体的动力粘度,Pa·s
  • ρ {\displaystyle \rho } 是流体的密度,kg/m3
  • g {\displaystyle g} 是重力加速度,m/s2。

各向异性渗透率

大脑、肝脏、肌肉等组织可以视为异质多孔介质。 描述这种介质中生物流体(血液、脑脊液等)的流动需要对组织进行完整的 3 维各向异性处理。

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词条目录
  1. 简介
  2. 渗透性
  3. 单位
  4. 应用
  5. 描述
  6. 与导水率的关系
  7. 各向异性渗透率

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