Кеуектілік - Porosity - Wikipedia

Кеуектілік немесе бос бөлшек өлшемі болып табылады жарамсыз (яғни «бос») бос орындар материал, және а көлемнің бөлігі 0-ден 1-ге дейінгі немесе жалпы көлемдегі бос жерлер пайыз 0% мен 100% аралығында. Қатаң түрде, кейбір тестілер «қол жетімді бос орынды» өлшейді, бос кеңістіктің жалпы саны беті (сал.) жабық ұялы көбік ).

Сияқты зат немесе бөліктердегі кеуектілікті тексерудің көптеген әдістері бар өндірістік компьютерлік томография.

Кеуектілік термині бірнеше өрістерде, соның ішінде қолданылады фармацевтика, керамика, металлургия, материалдар, өндіріс, гидрология, жер туралы ғылымдар, топырақ механикасы және инженерлік.

Екі фазалы ағындағы бос бөлшек

Газ сұйықтығында екі фазалы ағын, бос фракция ағынды канал көлемінің газ фазасы алатын бөлігі немесе, балама, газ фазасы алып жатқан каналдың көлденең қимасының ауданының бөлігі ретінде анықталады.[1]

Бос бөлшек, әдетте, ағын арнасында орналасқан жеріне қарай өзгереді (ағынның екі фазалық схемасына байланысты). Ол уақыт бойынша өзгереді және оның мәні әдетте уақытты орташалайды. Бөлінген (яғни,біртекті ) ағынды, ол байланысты ағынның көлемдік жылдамдығы газдың және сұйық фазаның және екі фазаның жылдамдығының қатынасына (деп аталады) сырғанау коэффициенті ).

Жер туралы ғылым мен құрылыстағы кеуектілік

Жылы қолданылған геология, гидрогеология, топырақтану, және құрылыс ғылымы, а-ның кеуектілігі кеуекті орта (сияқты тау жынысы немесе шөгінді ) материалдағы бос кеңістіктің бөлігін сипаттайды, мұнда бос, мысалы, ауа немесе су болуы мүмкін. Ол анықталады арақатынас:

қайда VV бұл бос кеңістіктің көлемі (мысалы, сұйықтықтар) және VТ - бұл қатты және жарамсыз компоненттерді қоса алғанда, материалдың жалпы немесе көлемдік көлемі. Екі математикалық белгілер және кеуектілікті белгілеу үшін қолданылады.

Кеуектілік - бұл 0 мен 1 арасындағы бөлшек, әдетте қатты зат үшін 0,005-тен аз гранит үшін 0,5-тен жоғары шымтезек және саз.

Потенциалды көлемін бағалауға тырысқанда жыныстың немесе шөгінді қабаттың кеуектілігі маңызды болып табылады су немесе көмірсутектер оның құрамында болуы мүмкін. Шөгінді кеуектілік көптеген факторлардың күрделі функциясы болып табылады, оларға мыналар кіреді, бірақ олармен шектелмейді: жерлеу жылдамдығы, жерлеу тереңдігі, жердің табиғаты сұйықтықтарды қосады, үстіңгі қабаттардың табиғаты (бұл сұйықтықтың шығарылуына кедергі келтіруі мүмкін). Кеуектілік пен тереңдік арасындағы жиі қолданылатын қатынасты Ати (1930) теңдеуі келтіреді:[2]

қайда бетінің кеуектілігі, тығыздау коэффициенті (м−1) және тереңдігі (м).

Кеуектіліктің мәнін баламалы түрде -ден есептеуге болады көлемдік тығыздық , қаныққан сұйықтық тығыздығы және бөлшектердің тығыздығы :

Егер бос орын ауамен толтырылған болса, келесі қарапайым форманы қолдануға болады:

Бөлшектердің қалыпты тығыздығы шамамен 2,65 г / см деп қабылданады3 (кремний диоксиді ) дегенмен, неғұрлым жақсы бағалауды тексеру арқылы алуға болады литология бөлшектердің

Кеуектілік және гидравликалық өткізгіштік

Кеуектілік пропорционалды болуы мүмкін гидравликалық өткізгіштік; екі ұқсас құмды сулы қабаттар, кеуектілігі анағұрлым жоғарырақ болады гидравликалық өткізгіштік (су ағыны үшін көбірек ашық аймақ), бірақ бұл қатынастың көптеген қиындықтары бар. Негізгі қиындық - кеуектілік пен гидравликалық өткізгіштік арасында тікелей пропорционалдылық емес, керісінше шығарылған пропорционалдылық. Кеуектің радиустары мен гидравликалық өткізгіштік арасында айқын пропорционалдылық бар. Сонымен қатар, кеуектің радиустары мен кеуектің көлемі арасындағы пропорционалдылық байқалады. Егер тесік радиустары мен кеуектілік арасындағы пропорционал болса, онда кеуектілік пен гидравликалық өткізгіштік арасындағы пропорционалдылық болуы мүмкін. Алайда, түйіршіктің мөлшері немесе сұрыпталуы төмендеген сайын, кеуектілік радиустары мен кеуектілік арасындағы пропорционалдылық сәтсіздікке ұшырай бастайды, сондықтан кеуектілік пен гидравликалық өткізгіштік арасындағы пропорционалдық өзгереді. Мысалы: саздардың гидравликалық өткізгіштігі өте төмен (олардың кішкентай тесік радиустары себебінен), сонымен қатар кеуектілігі өте жоғары (құрылымдық сипатына байланысты) саз минералдары ), бұл балшықтар көлемді материалдың көлеміне көп мөлшерде су жинай алады дегенді білдіреді, бірақ олар суды тез шығармайды, сондықтан гидравликалық өткізгіштігі төмен.

Сұрыптау және кеуектілік

Сұрыптаудың әсері аллювиалды кеуектілік. Қара түс қатты денені, көк түс кеңістікті білдіреді.

Жақсы сұрыпталған (шамамен бір өлшемді дәндер) материалдардың кеуектілігі ұқсас өлшемді нашар сұрыпталған материалдарға қарағанда көбірек болады (мұнда ұсақ бөлшектер үлкен бөлшектер арасындағы саңылауларды толтырады). Графикада кейбір кішігірім дәндер тері тесігін қалай тиімді толтыра алатындығы көрсетілген (барлық су ағыны жүреді), бұл кеуектілік пен гидравликалық өткізгіштікті күрт төмендетеді, сонымен бірге материалдың жалпы көлемінің аз бөлігі ғана болады. Үшін кеуектіліктің жалпы мәндерінің кестелері үшін жер материалдары, бөліміндегі «әрі қарай оқу» бөлімін қараңыз Гидрогеология мақала.

Тау жыныстарының кеуектілігі

Шоғырланған жыныстар (мысалы, құмтас, тақтатас, гранит немесе әктас ) ықтимал, салыстырмалы түрде күрделі «қосарлы» кеуектілікке ие аллювиалды шөгінді. Мұны байланысты және байланыссыз кеуектілікке бөлуге болады. Байланысты кеуектілік тау жынысына құюы мүмкін газ немесе сұйықтық көлемі арқылы оңай өлшенеді, ал сұйықтықтар бір-бірімен байланыспаған кеуектерге жете алмайды.

Кеуектілік - бұл кеуектің көлемінің оның жалпы көлеміне қатынасы. Кеуектілік бақыланады: жыныс түрі, кеуектің таралуы, цементтеу, диагенетикалық тарих және құрамы. Кеуектілік түйіршіктің өлшемімен бақыланбайды, өйткені астық арасындағы кеңістік көлемі тек астықты орау әдісімен байланысты.

Тау жыныстары кеуектіліктің жасына және жерлеу тереңдігіне байланысты азаяды. Үшінші жас Парсы шығанағы құмтастар жалпы қарағанда кеуекті Кембрий құмтастар. Бұл ережеден ерекше жағдайлар бар, әдетте жерлеу тереңдігі және жылу тарихы.

Топырақтың кеуектілігі

Топырақтың кеуектілігі әдетте бөлшектердің мөлшері ұлғаюымен азаяды. Бұл топыраққа байланысты жиынтық ұшыраған кезде жұмсақ текстуралы беткі топырақтарда түзілу топырақ биологиялық процестер. Агрегация бөлшектердің адгезиясын және тығыздалуға төзімділікті білдіреді. Құмды топырақтың типтік жаппай тығыздығы 1,5-тен 1,7 г / см-ге дейін3. Бұл 0,43 пен 0,36 арасындағы кеуектілікке дейін есептеледі. Саз топырағының типтік жаппай тығыздығы 1,1 - 1,3 г / см аралығында3. Бұл 0,58 мен 0,51 аралығында кеуектілікке дейін есептеледі. Бұл қарама-қарсы болып көрінеді, өйткені сазды топырақтар деп аталады ауыр, дегенмен төменгі кеуектілік. Ауыр гравитацияны білдіреді ылғалдығы а-ны тартуға қажетті салыстырмалы күшке әсер ететін терминологиямен үйлескен әсер жер өңдеу құммен салыстырғанда далалық ылғалдылық кезінде сазды топырақ арқылы жүзеге асырады.

Жер асты топырағының кеуектілігі ауырлық күшімен тығыздалғандықтан жер бетіндегі топыраққа қарағанда төмен. Төменгі тереңдікте сұрыпталмаған қиыршық тас материалы үшін 0,20 кеуектілігі қалыпты болып саналады биомантия. Біріктіруші әсерінен төмен ұсақ материалдағы кеуектілік педогенез осы мәнге жуықтайды деп күтуге болады.

Топырақтың кеуектілігі күрделі. Дәстүрлі модельдер кеуектілікті үздіксіз деп санайды. Бұл аномальды ерекшеліктерді ескермейді және тек шамамен нәтиже береді. Оның әсерін модельдеуге көмектесе алмайды қоршаған орта факторлары бұл тесік геометриясына әсер етеді. Бірқатар күрделі модельдер ұсынылды, соның ішінде фракталдар, көпіршік теория, жарылу теория, Буль астық процесі, оралған сфера және көптеген басқа модельдер. The топырақтағы кеуектер кеңістігінің сипаттамасы байланысты ұғым болып табылады.

Геологиялық кеуектіліктің түрлері

Бастапқы кеуектілік
А немесе негізгі кеуектілік жүйесі а тау жынысы немесе шектеусіз аллювиалды депозит.
Екінші кеуектілік
Жиі жыныстың жалпы кеуектілігін күшейтетін жыныстағы кейінгі немесе бөлек кеуектілік жүйесі. Бұл минералды химиялық шаймалаудың немесе сыну жүйесінің пайда болуының нәтижесі болуы мүмкін. Бұл бастапқы кеуектілікті ауыстыруы немесе онымен бірге өмір сүруі мүмкін (төмендегі қос кеуектілікті қараңыз).
Сынықтардың кеуектілігі
Бұл сыну жүйесімен немесе ақаумен байланысты кеуектілік. Бұл тау жыныстарында екінші дәрежелі кеуектілікті тудыруы мүмкін, әйтпесе көмірсутектердің резервуарлары бастапқы кеуектілігі бұзылуына байланысты болмайды (мысалы, жерлеу тереңдігіне байланысты) немесе әдетте қойма деп есептелмейтін жыныс типіне (мысалы, магмалық интрузиялар немесе метеорименттер).
Күңгірт кеуектілік
Бұл үлкен ерекшеліктердің еруі нәтижесінде пайда болатын екінші реттік кеуектілік (мысалы макроқосылыстар ) карбонатты жыныстар үлкен тесіктер қалдырып, құсбегілер, немесе тіпті үңгірлер.
Тиімді кеуектілік (деп те аталады ашық кеуектілік)
Ондағы жалпы көлемнің бөлігіне сілтеме жасайды сұйықтық ағыны тиімді орын алуда және қамтиды каталог және тұйық (өйткені бұл тесіктерді жууға болмайды, бірақ олар газдың кеңеюі сияқты қысымның шығуы арқылы сұйықтықтың қозғалысын тудыруы мүмкін)[3]) тесіктер және жабық тесіктерді (немесе байланыспаған қуыстарды) алып тастайды. Бұл жер асты сулары мен мұнай ағындары үшін, сондай-ақ еріген заттар үшін өте маңызды.
Тиімсіз кеуектілік (сонымен қатар аталады жабық кеуектілік)
Сұйықтар немесе газдар бар, бірақ олардағы жалпы көлемнің бөлігін айтады сұйықтық ағыны тиімді түрде орын ала алмайды және жабық тері тесігін де қамтиды. Кеуектіліктің морфологиясын түсіну жер асты сулары мен мұнай ағындары үшін өте маңызды.
Қос кеуектілік
Өзара әрекеттесетін екі қабаттасқан су қоймасы бар деген тұжырымдамалық идеяға сілтеме жасайды. Сынған тау жыныстарының сулы қабаттарында тау жыныстарының массасы мен сынықтары көбіне екі қабаттасқан, бірақ бір-біріне ұқсамайтын дене ретінде имитацияланады. Кешіктірілген өнімділік және сулы қабаттардың ағынды ерітінділері - бұл екі кеуектілік үшін алынғанға математикалық ұқсас шешімдер; үш жағдайда да су екі математикалық әр түрлі су қоймасынан келеді (физикалық тұрғыдан өзгеше ме, жоқ па).
Макропороздық
Қатты денелерде (мысалы, топырақты материалдардан басқа) «макропороздық» термині 50-ден үлкен тері тесігін білдіредінм диаметрі бойынша. Макропоралар арқылы ағу көлемді диффузиямен сипатталады.
Мезопороздық
Қатты денелерде (мысалы, топырақ сияқты жинақталған материалдарды қоспағанда), «мезопороздық» термині 2 нм-ден үлкен және диаметрі 50 нм-ден аз тері тесігін білдіреді. Мезопоралар арқылы ағу Кнудсеннің диффузиясымен сипатталады.
Микропороздық
Қатты денелерде (мысалы, топырақты материалдарды қоспағанда) «микропороздық» термині диаметрі 2 нм-ден кіші тесіктерді білдіреді. Микропоралардағы қозғалыс диффузия арқылы белсендіріледі.

Матаның кеуектілігі немесе аэродинамикалық кеуектілігі

Жел «көретін» тесіктердің қаттыға қатынасы. Аэродинамикалық кеуектілігі көздің кеуектілігінен аз, тесіктердің тарылуына байланысты мөлшерде.

Құюдың кеуектілігі

Кеуектіліктің құюы келесілердің біреуінің немесе бірнешеуінің салдары болып табылады: балқытылған металдың температурасында ластаушы заттарды газдандыру; балқытылған металл қатайған кезде пайда болатын шөгу; және температураның немесе ылғалдылықтың күтпеген немесе бақыланбайтын өзгеруі.

Кеуектілік матрицалық құю өндірісіне тән болса да, оның болуы қысым тұтастығы өте маңызды сипаттама болатын компоненттердің бұзылуына әкелуі мүмкін. Кеуектілік өзара байланысты микро-кеуектіліктен, қатпарлардан және қосындылардан бөліктер бетінде көрінетін макро кеуектілікке дейін бірнеше формада болуы мүмкін. Кеуектіліктің түпкілікті нәтижесі - бөлшектің қысымын болдырмауға мүмкіндік беретін құйма қабырғалары арқылы ағып өтетін жол құру. Кеуектілік сонымен қатар сырлау процесінде газдануға, қапталған қышқылдарды шаймалауға және престелген металл компоненттерін өңдеу кезінде құрал-саймандарға әкелуі мүмкін.[4]

Кеуектілікті өлшеу

Кеуектілікті өлшеудің оптикалық әдісі: жіңішке бөлім гипс тақтасының астында басқа түстердің карбонат түйіршіктерімен салыстырғанда күлгін түсті кеуектілік бар. Плейстоцен эолианит бастап Сан-Сальвадор аралы, Багам аралдары. Масштаб жолағы 500мкм.

Кеуектілікті өлшеу үшін бірнеше әдісті қолдануға болады:

  • Тікелей әдістер (кеуекті үлгінің көлемін анықтау, содан кейін қаңқалық материалдың кеуектері жоқ көлемін анықтау (кеуек көлемі = жалпы көлем - материал көлемі).
  • Оптикалық әдістер (мысалы, материалдың ауданын микроскоппен көрінетін кеуектердің ауданына қатысты анықтау). Кездейсоқ құрылымы бар кеуекті орталар үшін «ареал» және «көлемдік» кеуектіліктер тең.[5]
  • Компьютерлік томография әдісі (қолдану өндірістік компьютерлік томография сыртқы және ішкі геометрияның, соның ішінде бос жерлердің 3D кескінін құру. Содан кейін компьютерлік бағдарламалық жасақтаманы қолдана отырып ақауларға талдау жасау)
  • Имбиция әдістер,[5] яғни кеуекті үлгіні вакуум астында, тесіктерді жақсырақ суландыратын сұйықтыққа батыру.
    • Суға қанықтыру әдісі (кеуектің көлемі = судың жалпы көлемі - сіңдіруден кейін қалған су көлемі).
  • Суды буландыру әдісі (кеуектің көлемі = (қаныққан үлгінің салмағы - кептірілген үлгінің салмағы) / судың тығыздығы)
  • Сынаптың енуі порозиметрия (токсикологиялық алаңдаушылыққа байланысты сынапқа қарсы бірнеше интрузия әдістері жасалған және сынаптың бірнеше металдармен және қорытпалармен амальгамалар түзуге бейімділігі).
  • Газды кеңейту әдісі.[5] Белгілі көлемді көлемнің үлгісі белгілі көлемдегі ыдысқа салынған. Ол эвакуацияланған белгілі көлемі бар басқа ыдысқа қосылады (яғни вакуумдық қысымға жақын). Екі контейнерді байланыстыратын клапан ашылған кезде, газ бірінші ыдыстан екіншісіне қысымның біркелкі бөлінуіне жеткенше өтеді. Қолдану идеалды газ заң, тесіктердің көлемі келесідей есептеледі
,

қайда

VV бұл тері тесігінің тиімді көлемі,
VТ - үлгінің негізгі көлемі,
Vа - үлгісі бар ыдыстың көлемі,
Vб эвакуацияланған контейнердің көлемі,
P1 - V көлеміндегі бастапқы қысымдағы бастапқы қысыма және В.V, және
P2 бұл бүкіл жүйеде болатын соңғы қысым.
Кеуектілік оның анықтамасымен тікелей жүреді
.
Бұл әдіс газдың тері тесігі мен қоршаған көлем арасында байланысатындығын ескеретінін ескеріңіз. Іс жүзінде бұл кеуектер жабық қуыстар болмауы керек дегенді білдіреді.
  • Термопорозиметрия және криопорометрия. Сұйықтықтың кішігірім кристалы негізгі сұйықтыққа қарағанда төмен температурада ериді Гиббс-Томсон теңдеуі. Осылайша, егер сұйықтық кеуекті материалға сіңіп, мұздатылса, балқу температурасы кеуектердің таралуы туралы ақпарат береді. Балқуды анықтауды фазаның өзгеруі кезінде жылу ағындарын сезіну арқылы жасауға болады дифференциалды сканерлеу калориметриясы - (DSC термопорометриясы),[6] қолданылатын жылжымалы сұйықтықтың мөлшерін өлшеу ядролық магниттік резонанс - (NMR криопорометриясы)[7] немесе амплитудасын өлшеу нейтрондардың шашырауы сіңірілген кристалды немесе сұйық фазалардан - (ND криопорометриясы).[8]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  • Глэсби, С. А .; Г.В. Хорган; Дж.Дарбишир (қыркүйек 1991). «Топырақ толтырғыштарындағы кеуектерді кескіндік талдау және үш өлшемді модельдеу». Топырақтану журналы. 42 (3): 479–86. дои:10.1111 / j.1365-2389.1991.tb00424.x.
  • Хорган, Г.В .; B. C. Ball (1994). «Топырақ тесіктерінің буль моделіндегі диффузияны имитациялау». Еуропалық топырақтану журналы. 45 (4): 483–91. дои:10.1111 / j.1365-2389.1994.tb00534.x.
  • Хорган, Грэм В. (1996-10-01). «Топырақ тесігі модельдеріне шолу» (PDF). Алынған 2006-04-16. Журналға сілтеме жасау қажет | журнал = (Көмектесіңдер)
  • Хорган, Г.В. (маусым 1998). «Топырақ кескінін талдауға арналған математикалық морфология». Еуропалық топырақтану журналы. 49 (2): 161–73. дои:10.1046 / j.1365-2389.1998.00160.x.
  • Хорган, Г.В. (ақпан 1999). «Кеңістіктің диффузиясына геометриялық әсер етуді зерттеу». Геодерма. 88 (1–2): 55–71. Бибкод:1999 Джод..88 ... 55H. дои:10.1016 / S0016-7061 (98) 00075-5.
  • Нельсон, Дж. Рой (қаңтар 2000). «Сіңдіру физикасы» (PDF). Бүгінгі микроскопия. 8 (1): 24. дои:10.1017 / S1551929500057114. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2009-02-27.
  • Рукероль, Жан (желтоқсан 2011). «Сұйық интрузия және макропоралық материалдарды сипаттайтын балама әдістер (IUPAC техникалық есебі) *» (PDF). Таза Appl. Хим. 84 (1): 107–36. дои:10.1351 / pac-rep-10-11-19. S2CID  10472849.

Сілтемелер

  1. ^ Г.Ф. Хьюитт, Г.Л.Ширес, Ю.В.Полежаев (редакторлар), «Халықаралық жылу және жаппай тасымалдаудың энциклопедиясы», CRC Press, 1997 ж.
  2. ^ ATHY L.F., 1930. Шөгінді жыныстардың тығыздығы, кеуектілігі және тығыздалуы, Өгіз. Amer. Доц. Бензин. Геол. 14 т., 1-24 б.
  3. ^ Тиімді және нәтижесіз кеуектілік немесе Жалпы және тиімді кеуектілік түсіндірілді кезінде E&P Geology.com
  4. ^ «Die Casting кеуектілігін қалай түзетуге болады?». Годфри және қанат.
  5. ^ а б c Ф.А.Л. Дуллиен, «Кеуекті медиа. Сұйықтықтың тасымалдануы және кеуектің құрылымы», Академиялық баспасөз, 1992.
  6. ^ Брун М .; Лаллеманд, А .; Квинсон, Дж-Ф .; Eyraud, C. (1977). «Тесіктердің мөлшері мен пішінін бір уақытта анықтауға арналған жаңа әдіс: Термопорометрия». Thermochimica Acta. Elsevier Scientific Publishing Company, Амстердам. 21: 59–88. дои:10.1016/0040-6031(77)85122-8.
  7. ^ Митчелл, Дж .; Уэббер, Дж. Бью В .; Біртүрлі, Дж. (2008). «Ядролық-магниттік-резонанстық криопорометрия» (PDF). Физ. Rep. 461 (1): 1–36. Бибкод:2008PhR ... 461 .... 1M. дои:10.1016 / j.physrep.2008.02.001.
  8. ^ Уэббер, Дж. Бью В .; Доре, Джон С. (2008). «Нейтрондық дифракциялық криопорометрия - мезопоралық материалдарды және құрамындағы сұйықтықтардың фазаларын және олардың кристалдық түрлерін зерттеуге арналған өлшеу әдістемесі» (PDF). Ядро. Аспап. Әдістер. 586 (2): 356–66. Бибкод:2008 NIMPA.586..356W. дои:10.1016 / j.nima.2007.12.004.

Сыртқы сілтемелер