多孔介质参数表征

多孔介质及其参数表征

报告人：张瀚仁2011207508二.多孔介质流动表征元及结构参数孔隙率、比面、弯曲率、固体颗粒尺寸（粒径分布）、孔隙尺寸三.多孔介质流动中的基本特性参数速度、比流量、渗透率、饱和度、毛细压力一.简介多孔介质的流动、特点、研究方法目录地下水水文学（含水层）采油工程学（储油层）土壤学土力学化学工程学一.简介流体多孔介质流动

多孔介质的特点☞a.多相物质中至少有一相不是固体,它们可以是气象和（或）液相固体相——固体骨架无骨架的部分——空（孔）隙空间☞b.在多孔介质所占据的范围内，固体相应遍及整个多孔介质

在每一个表征体元内必须存在固体颗粒☞c.至少构成空隙空间的某些孔洞应当相互连通相互连通的孔隙空间叫做有效空隙空间一.简介通过对充满孔隙空间的流体连续介质中的现象进行平均而粗略的处理。

一.简介分子体系理论可行，但求解工作量巨大经典力学宏观方法处理多孔介质中的现象最终目的2.0

表征性体积单元（简称表征体元，即为REV）

REV的大小<<整个流动区域的尺寸（否则平均的结果就不能代表在P点发生的现象）

REV的大小>>单个孔隙比较，必须包含足够数目的孔隙（这样才能按连续介质概念的要求进行有意义的统计平均）二.多孔介质流动表征元及结构参数微观连续介质水平→宏观连续介质水平引进宏观介质参数，如孔隙率、渗透率、扩散系数等等。2.1孔隙率及其物理意义1.体积孔隙率二.多孔介质流动表征元及结构参数多孔介质中空隙容积多孔介质总容积绝对空隙率或总空隙率:

空隙总容积多孔介质固体颗粒容积相互连通孔隙容积之和死端空隙容积有效孔隙率:

2.面孔隙率

物理意义：多孔介质REA上空隙截面积与总面积之比

3.线孔隙率物理意义：多孔介质REL上空隙所占线长与总线长之比

二.多孔介质流动表征元及结构参数多孔介质中第i个界面单元面积多孔介质中第i个单元中的孔隙面积表征性面积单元REA第i端线段总线长表征性线单元REL

第i端线段中空隙所占线长2.2比面定义：多孔介质总容积与固体骨架总面积之比

二.多孔介质流动表征元及结构参数对于具有相同半径R的圆球按立方体排列成的多孔体：若多孔体具有m种不同尺寸和形状的颗粒

将各种颗粒折算成半径为的圆球，数量为：另外，，其中表示每单位空隙容积中颗粒表面面积

于是，有显然，，其中表示每单位固体骨架容积中表面面积二.多孔介质流动表征元及结构参数二.多孔介质流动表征元及结构参数2.3弯曲率（迂曲度）一般说来，多孔介质空隙联通通道是弯曲的。显然，其弯曲程度将对多孔介质的传递过程产生影响。

弯曲通道真实长度连接弯曲通道两端的直线长度二.多孔介质流动表征元及结构参数2.4固体颗粒尺寸（粒径分布）工程应用中的实际测量取决于直接（或间接）测量长度尺寸

测量方法筛分法比重计分析法筛分法利用不同尺寸方形孔网筛子过筛子测量的是一批颗粒从而确定颗粒尺寸的一个范围，以网眼尺寸为当量直径去表述颗粒尺寸适用于粒径大于0.06mm的颗粒比重计分析法

将与颗粒在水中的下降速度相同的同种材料圆球尺寸加以测量来确定适用于较小的颗粒

二.多孔介质流动表征元及结构参数2.5孔隙尺寸孔径尺寸与分布往往通过实测去确定常用方法是根据多孔体的剖面切片进行统计，也可用非湿润流体注入多孔体的实测方法确定，即以下式测算空隙直径

二.多孔介质流动表征元及结构参数为接触角为表面张力为使非湿润流体进入孔隙所需压力

三.多孔介质流动中的基本特性参数3.1速度与多孔结构、流体与固体物性及运行参数有关

表征面元REA内平均流速

表征体元REV内平均流速为方向的一个REA的空隙面积

为REV空隙容积3.1速度与多孔结构、流体与固体物性及运行参数有关

表征面元REA内平均流速

表征体元REV内平均流速为方向的一个REA的空隙面积

为REV空隙容积3.2比流量

通过的总流量比流量为总流量除以REA的总面积

另外，比流量也可表示为下式，是在REA法线方向上的流体比体积流量

三.多孔介质流动中的基本特性参数3.3渗透率渗透率表述了在一定流动驱动力推动下，流体通过多孔材料的难易程度，表达了多孔介质对流体的传输性能。

Darcy定律中，有

渗透率与多孔介质的物性和结构有关其中，C为试验确定的系数，、分别为多孔材料总密度和固体颗粒密度，早期研究表明：

三.多孔介质流动中的基本特性参数水力传导系数在多孔介质流体力学中

，常以代替，进而得到更简洁的Darcy定律：

三.多孔介质流动中的基本特性参数3.4饱和度在多孔材料中某特定流体所占据孔隙容积的百分比，称之为饱和度

为流体所占据的多孔材料空隙容积当多种流体共同占有多孔材料的孔隙时，有

流体饱和度可用各种实验方法，如体积平衡法、直接称量法、电阻法和X射线吸收法去确定。

三.多孔介质流动中的基本特性参数3.5毛细压力当两种互不溶流体1,2相互接触时，他们各自内部压力在接触面上存在着不连续性，两压力之差称作毛细压力

。其大小取决于分界面的曲率，即

三.多孔介质流动中的基本特性参数为互不溶流体1,2间的界面张力（又称表面张力系数），是形成交界面所需的比自由能为界面的两个主曲率半径