多孔介質(zhì)是一種由固體物質(zhì)組成的骨架和大量微小空隙構(gòu)成的物質(zhì)體系。這些空隙可以由液體、氣體或者兩者混合占據(jù)，且相對于某一相而言，其他相則彌散在其內(nèi)部。多孔介質(zhì)的空隙既可以是相互連通的，也可以是部分連通、部分不連通的。這種特性使得多孔介質(zhì)對于滲流力學(xué)的研究至關(guān)重要，因為流體在這種介質(zhì)中呈現(xiàn)出滲流的運動方式。
物理特征
多孔介質(zhì)的空隙尺寸非常微小，比表面積也非常大。例如，砂巖的地層孔隙直徑通常在1微米到500微米之間，而毛細血管的內(nèi)徑一般為5~15微米。此外，多孔介質(zhì)的比表面積數(shù)值巨大，如砂巖的比表面積一般達到105平方米/立方米的數(shù)量級。這一特征對流體滲流時的表面分子力作用、多孔介質(zhì)的吸附、過濾、傳熱和擴散等過程有著顯著的影響。
分類
多孔介質(zhì)可以根據(jù)成因和組成進行分類。按照成因，可分為天然多孔介質(zhì)和人造多孔介質(zhì)。天然多孔介質(zhì)包括地下多孔介質(zhì)和生物多孔介質(zhì)，前者如巖石和土壤，后者如人體和動物體內(nèi)的微細血管網(wǎng)絡(luò)和組織間隙以及植物體的根、莖、枝、葉等。人造多孔介質(zhì)種類繁多，如過濾設(shè)備內(nèi)的濾器，鑄造砂型，陶瓷、磚瓦、木材等建筑材料，活性炭、催化劑、鞍形填料和玻璃纖維等的堆積體等。按照微小空隙的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，多孔介質(zhì)還可以分為孔隙性多孔介質(zhì)、裂縫性多孔介質(zhì)和多重性多孔介質(zhì)。孔隙性多孔介質(zhì)包括兩類：一類是孔隙在各個方向相互連通，無明顯隸屬層次關(guān)系的，如砂巖、土壤、人造顆粒狀材料的堆積體等；另一類是孔隙呈樹枝狀分布，有明顯隸屬層次關(guān)系的，如微細血管網(wǎng)絡(luò)。裂縫性多孔介質(zhì)內(nèi)的空隙主要為微小裂縫，如裂縫性的石灰?guī)r和白云巖等。當(dāng)多孔介質(zhì)內(nèi)兼有多重形態(tài)的微小空隙時，被稱為多重性多孔介質(zhì)，如裂縫-孔隙系統(tǒng)的碳酸根巖層。
重要概念
滲流力學(xué)的多孔介質(zhì)理論中包含了一些重要的概念：
孔隙度
孔隙度指的是多孔介質(zhì)內(nèi)微小空隙的總體積與其外表體積的比率。具體可分為有效孔隙度和絕對孔隙度。有效孔隙度指相互連通的微小空隙的總體積與外表體積的比率，而絕對孔隙度則是所有微小空隙的總體積與外表體積的比率。孔隙度是影響多孔介質(zhì)內(nèi)流體容量和流體滲流狀況的重要參數(shù)。
浸潤性
浸潤性描述的是固體和兩種流體（兩種非互溶液體或液體與氣體）在三相接觸面處流體浸潤固體表面的現(xiàn)象。這是由于三相的表面分子層能量平衡所致。浸潤性可以用固體液體之間的極性差異來衡量，極性差異越小，就越容易發(fā)生浸潤。浸潤性對多孔介質(zhì)中流體運動的規(guī)律及相關(guān)生產(chǎn)過程有重要影響。
毛細管壓力
毛細管壓力是在多孔介質(zhì)的微小空隙中，兩種非互溶流體分界面兩側(cè)存在的壓力差，即非浸潤相的壓力與浸潤相的壓力之差。毛細管壓力受流體表面張力、浸潤角和界面曲率的影響。在流體驅(qū)替過程中，毛細管壓力既可能是驅(qū)動力，也可能是流動的阻力。毛細管壓力的存在會影響多孔介質(zhì)內(nèi)的流體運動規(guī)律，因此是滲流力學(xué)及相關(guān)工程技術(shù)必須考慮的因素。
滲透率
滲透率是反映多孔介質(zhì)滲透性強弱的量。多孔介質(zhì)允許流體通過相互連通的微小空隙流動的性質(zhì)稱為滲透性。滲透率與孔隙度之間不存在固定的關(guān)系，而是與孔隙大小及其分布等因素密切相關(guān)。滲透率值由達西滲流定律確定。滲透率可分為絕對滲透率、有效滲透率和相對滲透率。滲透率是滲流力學(xué)及相關(guān)工程技術(shù)的一項重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它表征滲流過程的特征。
參考資料 >
多孔介質(zhì)的概念及特征.化工儀器網(wǎng).2024-08-08
流體與多孔介質(zhì).豆丁網(wǎng).2024-08-08
武漢巖土所低滲多孔介質(zhì)滲透率測量方法研究獲進展 .搜狐.2024-08-08