流体与多孔介质的作用

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:542

由液体和气体的力学性质可知。在宏观上,流体均可作为连续介质处理,因此流体的运动可以几何方式表述。条件是事先应清楚流体质点在某一瞬间的位置。要确定流体的运动,必须有:①连续性条件;②状态方程;③牛顿的运动定律等物理条件。这些物理条件在数学上表示为一组微分方程。要解这组方程,还得有一系列的初始条件和边界条件。对于流体与多孔介质的作用,流体在多孔介质中的运动状态,除考虑上述物理条件外,还有一些特殊的物理化学现象,必须认真考查。

一、吸附作用

常见的现象之一是当流体流经容器时,流体的分子可能被容器壁吸附。就是说,在离壁若干个分子厚度的距离内,在壁与流体分子之间有一个强的引力存在。当流体是一种处于凝析点的蒸气时,这些被吸附的分子会在壁表面上形成一层液膜。

二、表面张力

任何一种液体与另一物相(气相或固相)接触,在两相界面上会产生一种力(由内表面自由能引起的),当固相为一多孔介质,液相与气相,同时与固相接触时,表面张力所引起的现象是非常复杂的。表面张力的存在,可能引起一种流体渗入到原先已充满另一种流体的细小的空间,造成所谓的驱替作用(对不混溶流体而言)。

三、孔隙中的多相流动

当有几种流体在同一流动通道中同时流动时,就成了多相流动。在多相流动中,必须弄清流体是否混溶,以及混溶的程度。如在堆浸中,矿石堆中存在溶浸液和空气的同时流动,空气虽然也微溶于溶浸液,但其量很少,可忽略不计,视为不混溶。故堆浸过程中两种流体视为不混溶流体,属多相流动。而在原地浸出中,矿石已在潜水中,浸出时,矿层中只有溶浸液在流通,从宏观上说是单项流。

四、未饱和流

当多孔介质中存在多相流动,其中一种流体为空气,另一种流体为液体时的多相流称为未饱和流。

五、饱和度(Se)

当两种不混溶流体在多孔介质中同时存在时,一般地总会有一种流体润湿固体,或者说,总会有一种流体充填在孔隙间,充填程度有三种状态。人们引入饱和度这一概念来表达一种待研究流体充填在孔隙空间所占的份额。当一种流体为液体,另一种流体(相)为空气时,饱和度系指液体所占据的孔隙体积的份额。

多孔介质中未饱和流的三种饱和状态是:

完全饱和状态  孔隙几乎全为液体所占有。

全空状态  孔隙几乎全为空气所占有。

肠道饱和状态  孔隙中部分为液体所占据,另一部分为空气所占据。

六、毛管压力(Pe)

当一种流体要渗进原先已存在有另一种流体的小孔隙中去时,一定会受到表面张力的抵制(或支援)。在任一相对饱和状态下,渗进去的流体相与排出的另一流体相之间为了保持平衡,必须维持某种压力差,这种压力就是所谓的毛管压力,简称毛管力。

毛管力、表面张力、饱和度及两种流体的界面积之间的关系为

△S1,2= PedSe               (1)

式中,△S1,2-两种流体的界面积的变化;

      γ1,2-两种流体之间的表面张力,等于单位面积上的表面自由能,γ1,2=dF/dSl,2

      Se1,Se2-多孔介质中的两种不同饱和状态下的饱和度。

七、毛管位势(φ)

由于可以把毛管压力Pe在数值上看作是针对单位体积流体与多孔介质相互作用而出现的各种力所做的负功,那么略去滞后效应,就可以把毛管力看成是一种位势,其定义为

φ=-                (2)

式中,ρ-液体密度;

      g-重力加速度。

由式(2)看出,毛管位势的因次是长度。

标签: 多孔
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