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液液法:测量材料最大孔径及孔径分布

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:液―液法的基本原理与气泡法相同,只是采用与液体浸渍介质不相容的另一种液体作为渗透介质。液―液法可测量材料的最大孔径以及孔径分布。由于液―液法与气泡方法基于同一原理。图6―2液―液法流量―压差曲线按式,由曲线的起点对应的压力可计算出最大孔径rmax,由曲线尾部呈直线处的拐点对应的压力可计算出最小孔径rmin,这段Q―p的曲线部分正是渗透质穿透样品孔道的部分。

液液法:测量材料最大孔径及孔径分布

液―液法的基本原理与气泡法相同,只是采用与液体浸渍介质不相容的另一种液体作为渗透介质。该渗透介质代替气泡法中使用的气体将样品孔道中的浸渍介质推出。通常选择界面张力低的液一液系统,如选择用水―正丁醇系统,该系统的界面张力为1.8×10―3 N/m,用其测量10~0.1μm的孔径时仅需3.6×10―4~―3.6×10―1MPa的测试压力,从而使仪器的结构简化,造价低廉,操作简单。液―液法可测量材料的最大孔径以及孔径分布。

由于液―液法与气泡方法基于同一原理。根据式(6―21)可计算出对应压差下的孔径值。当样品孔道内流出端处于常压时,压差Δp可用流入段压力p表示。因此,当以正丁醇为浸渍介质,水为渗透介质,θ值取0°,式(6―21)可表示为

式中,r为孔径,单位μm;p为样品孔道内流体进端压力,单位MPa。

测试过程中,随着渗透压力的增大,试样中的孔道是从大到小依次被打通,渗透介质的流量也随之增大。依流量Q与压力p的对应关系可绘出相应的Q―p曲线,如图6―2所示。

图6―2 液―液法流量―压差曲线

按式(6―36),由曲线的起点对应的压力可计算出最大孔径rmax,由曲线尾部呈直线处的拐点对应的压力可计算出最小孔径rmin,这段Q―p的曲线部分正是渗透质穿透样品孔道的部分。在曲线拐点处,孔道已全部穿通,接着再增大压强,流量Q与压力p遵从Darcy定律,即Q=Kp,K为渗透液体的渗透系数,Q与p呈线性关系。对Q―p图线中曲线关系的部分进行分析,可得rmax―rmin之间各ri值的百分组成,即孔径分布。在这一阶段,各pi值对应的流量增值由两部分组成。

(1)当压力小于pi时,在已被打通的较大孔的流量遵从Darcy定律,呈线性增加。

(2)当压力达到pi值时,在被打通的新孔道中,由于渗透介质的流出而使流量增加。(www.xing528.com)

假定多孔材料的孔道由相互平行而半径不等的直圆柱形毛细管组成,则根据哈根―泊萧叶公式,当新打通的孔道在pi下形成的流量增加ΔQi时,有

式中,ΔQi为单位时间内液体流量的增量,m3/s;ri为孔道半径,m;ni为孔半径为ri的孔道个数;pi为在厚度为L的试样两面上液体的压力差,Pa;η为液体渗透介质的黏度,Pa·s;α为与孔道弯度相关的因子;L为试样厚度,m。

如对应ri的孔的体积为Vi,则

将式(6―21)和式(6―37)代入式(6―38)中整理得

全部孔道总体积为

故孔径按孔体积的分布为

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