WikiDer > Пористая среда - Википедия

Керамика с открытыми ячейками

А пористая среда или пористый материал это материал, содержащий поры (пустоты).^[1] Скелетную часть материала часто называют «матрицей» или «каркасом». Поры обычно заполнены жидкость (жидкость или же газ). Скелетный материал обычно представляет собой твердый, но структуры вроде пены также часто с пользой анализируются с использованием концепции пористой среды.

Пористая среда чаще всего характеризуется пористость. Другие свойства среды (например, проницаемость, предел прочности, электрическая проводимость, извилистость) иногда может быть получено из соответствующих свойств его составляющих (твердой матрицы и жидкости), а также пористости среды и структуры пор, но такой вывод обычно сложен. Даже концепция пористости очевидна только для пороупругой среды.

Часто и твердая матрица, и сеть пор (также известная как поровое пространство) являются непрерывными, так что образуют два взаимопроникающих континуума, например, в губка. Однако существует также понятие закрытой пористости и эффективная пористость, то есть поровое пространство, доступное для потока.

Многие натуральные вещества, такие как горные породы и почва (например. водоносные горизонты, нефтяные резервуары), цеолиты, биологические ткани (например, кости, дерево, пробка) и искусственных материалов, таких как цементы и керамика можно рассматривать как пористую среду. Многие из их важных свойств можно объяснить, только рассматривая их как пористую среду.

Понятие пористой среды используется во многих областях прикладной науки и техники: фильтрация, механика (акустика, геомеханика, механика грунта, механика горных пород), инженерное дело (нефтяная инженерия, биоремедиация, строительная техника), науки о Земле (гидрогеология, нефтяная геология, геофизика), биология и биофизика, материаловедение. Двумя важными текущими областями применения пористых материалов являются преобразование энергии и хранилище энергии, где пористые материалы необходимы для суперконденсаторов, топливные элементы,^[2] и батареи.

Течение жидкости через пористую среду

Течение жидкости через пористую среду представляет общий интерес и стало отдельной областью исследований. Изучение более общего поведения пористых сред, связанных с деформацией твердого каркаса, называется поромеханика.

Теория пористых потоков находит применение в струйной печати.^[3] и утилизация ядерных отходов^[4] технологии, среди прочего.

Модели структуры пор

Существует множество идеализированных моделей поровых структур. Их можно условно разделить на три категории:

• сети капилляры
• массивы твердых частиц (например, случайный закрытый пакет сфер)
• тримодальный

Пористые материалы часто имеют фрактал-подобная структура, имеющая площадь поверхности пор, которая кажется неограниченно увеличивающейся при просмотре с прогрессивно увеличивающимся разрешением.^[5] Математически это описывается путем присвоения поверхности поры Хаусдорфово измерение больше 2.^[6] Экспериментальные методы исследования поровых структур включают: конфокальная микроскопия^[7] и рентгеновская томография.^[8]

Законы для пористых материалов

Один из законов для пористых материалов: обобщенный закон Мюррея. Обобщенный закон Мюррея основан на оптимизации массопереноса за счет минимизации транспортного сопротивления в порах с заданным объемом и может применяться для оптимизации массопереноса, включая изменения массы и химические реакции, включающие проточные процессы, диффузию молекул или ионов.^[9]

Для присоединения основной трубы радиусом р₀ многодетным трубам радиусом р_я , формула обобщенного закона Мюррея: ${ displaystyle r_ {o} ^ {a} = {1 over 1-X} sum _ {i = 1} ^ {N} r_ {i} ^ {a}}$, где Икс - отношение изменения массы во время массопереноса в родительской поре, показатель степени α зависит от типа перевода. Для ламинарного потока α = 3; для турбулентного потока α = 7/3; для молекулярной или ионной диффузии α = 2; и Т. Д.

Смотрите также

• Cenocell
• Нанопористые материалы
• ЯМР в пористой среде
• Теория перколяции
• Сетчатая пена

Рекомендации