多孔泡沫金属的渗透性能测试建议

多孔材料的渗透性能定义为流体在一定的压差下透过多孔材料的能力，其大小主要取决于流体的特性、多孔材料的孔隙率、孔隙形状以及多孔材料的厚度等，对于研究中所用的多孔泡沫金属材料，渗透性能是一个关键指标。

根据实验设计，磁流变液在通过多孔泡沫金属材料时遵守达西（Darcy）关系规律，得

式中　Q——流体的流量，m3/s；

　　　A——流体通过的截面积，m2；

　　　B——多孔材料的透过系数，m2；

　　　Δp——流体在多孔材料两端的压力差，Pa；

　　　η——流体的粘度，Pa·s；

　　　δ——多孔材料的厚度，m；

　　　Δp/δ——压力梯度，Pa/m。

在稳流情况下，液体的透过系数为

在实际的设计和工程中，常采用相对透过系数K 来衡量：

根据上述测试原理，对多孔泡沫金属的渗透系数进行了测试，其示意图如图2.12 所示。

图2.12　多孔泡沫金属渗透系数的测试示意图

根据图2. 12，取量筒中磁流变液体积为N mL，其中，参数N 可以根据实验情况适当选取，此时记为初始时刻t= t0= 0，对应的液面高度为H0，作用在多孔泡沫金属上的压差为ρ0gH0，其中，ρ0 为磁流变液的初始密度。当到达时刻t 时，磁流变液液面高度由H0 变为H （t），磁流变液的体积变化，根据式（2.4）和式（2.6）有

式中　S0——玻璃管的横截面积，m2；

　　　H0——起始时刻液面的高度，m；

　　　K——渗透系数，m2·s / kg；

　　　A——磁流变液通过的多孔泡沫金属的面积，此处等于S0。(www.xing528.com)

因t0= 0，式（2.7）变为

将t 时刻的高度记为h，解方程（2.8）得

其中，ρ0，H0 为已知量，测出t 时刻磁流变液液面的高度h，即可得到渗透系数。

多孔泡沫金属渗透系数的测试装置主要由多孔泡沫金属、玻璃管和量筒三部分组成，磁流变液的密度由厂家提供。利用卡尺测出玻璃管内径，用胶水将多孔泡沫金属贴在玻璃管的一端，按照原理图固定好玻璃管，让玻璃管的中心线尽量和量筒的中心线靠近，保证渗透出的磁流变液都能流到量筒中。

实验步骤如下：为将磁流变液通过玻璃棒导流到玻璃管，等量筒中磁流变液的体积到达V1 时，按下秒表开始计时，到V2 时，记下这个时间间隔，根据几何关系，将上述时间间隔内的体积差转化为玻璃管中磁流变液下降的高度，根据式（2.9）算出相对渗透系数。

玻璃管的直径为15.20 mm，磁流变液初始密度为ρ0= 2.71 g / cm3，得到的渗透系数计算数据如表2.2 所示。

表2.2　多孔泡沫金属渗透系数计算数据

根据式（2.9），将渗透率的表达式变形得

式中　Dc——玻璃管的直径，cm。

代入数据整理后，得到多孔泡沫金属的透过性能与孔隙率的关系如图2.13 所示，并与参考文献提出的经验公式做了比较。

图2.13　多孔材料的透过性能与孔隙率的关系

实验过程中的误差分析如下：

①由于磁流变液为黑色两相流液体，直接通过目测难以知道内部液面下降的高度，本实验利用量筒测得了其下降的体积，转化为玻璃管内部的液面下降高度，由于部分漏出多孔泡沫金属而没有到达量筒内的磁流变液主要采用目测估算，从而造成误差。

②间隔时间主要是利用秒表计时，时间的误差对结果有一定的影响。

③由于多孔泡沫金属的孔径远大于磁性颗粒的直径，所以没有考虑其中磁性颗粒堵塞的影响。

根据实验获得通过多孔泡沫金属后的磁流变液，测出其密度，得到了其与多孔泡沫金属孔隙率的关系如图2.14 所示，可知磁流变液在通过多孔泡沫金属后，密度均减小，最大减小值为2.5%，可以认为磁流变液的性能基本上没有变化。

图2.14　磁流变液通过多孔材料后的密度