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多孔介质里流动阻力分析

吴金随  
【摘要】: 多孔介质广泛存在于自然界、工程材料、生物体及地下结构,所以多孔介质里的流动问题得到了人们的广泛关注。由于多孔介质微结构的复杂性,流体在多孔介质中流动阻力的研究受到广泛的关注。本文研究和探讨了以下两个方面的内容:首先结合“平均水力半径”和孔喉模型得到一个新的孔喉阻力模型,此模型揭示出流体在多孔介质中的流动阻力是由粘性能量损失和动力学能量损失引起的。所得到的表达式是孔喉比、孔隙率、迂曲度和流体性质等参数的函数,此模型的预测值和厄根方程以及实验数据符合的很好。 本文又根据多孔介质的分形特征,结合Hagen-Poiseulle方程,推导得到了描述多孔介质里流体流动的分形阻力模型,所得到的模型是孔喉比、孔隙率、流体性质、孔隙和粒子的大小、流体的速度、以及分形维数D f和迂曲度维数DT的函数。本模型中没有经验常数,每个参数都有明确的物理意义。本分形模型和厄根方程以及实验数据也符合的很好,从而证明了模型的合理性。此模型不仅替换了厄根方程中的经验常数,并且适用于任何形状和任何大小的颗粒组成的多孔介质。 两个模型都揭示出在低雷诺数流动时,流动阻力主要是由粘滞能量损失引起的。在高雷诺数时,流体流动变成湍流,流动阻力主要由不规则的孔隙引起的局部能量损失决定。


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