투과성

다공성 또는 보이드 분율은 재료의 보이드(즉, "빈") 공간의 측정값으로, 0과 1 사이 또는 0%와 100% 사이의 총 부피에서 보이드 부피의 비율이다.엄밀하게 말하면, 일부 테스트는 표면에서 접근할 수 있는 총 보이드 공간인 "접근 가능한 보이드"를 측정합니다(폐전지 폼 참조).

산업용 CT 스캔과 같이 물질 또는 부품의 다공성을 테스트하는 방법은 여러 가지가 있습니다.

다공성이라는 용어는 약학, 도자기, 야금, 재료, 제조, 석유물리학, 수문학, 지구과학, 토양역학 및 엔지니어링을 포함한 여러 분야에서 사용됩니다.

2상 흐름에서의 보이드 분율

기액 2상 흐름에서 보이드 분율은 기상에 의해 점유되는 유로 부피의 비율 또는 ^[1]기상에 의해 점유되는 채널의 단면적의 비율로 정의된다.

보이드 분율은 보통 플로우 채널 내의 위치에 따라 달라집니다(2상 흐름 패턴에 따라 다름).시간에 따라 변동하며 값은 보통 시간 평균입니다.분리된 (즉, 비균질) 흐름에서는 기체와 액상의 부피 유속 및 두 상(slip ratio)의 속도 비율과 관련이 있습니다.

지구과학 및 건설에서의 다공성

지질학, 수문 지질학, 토양 과학 및 건축 과학에서 사용되는 다공질 매체의 다공성(암석 또는 침전물 등)은 재료의 보이드 공간의 비율을 나타냅니다. 보이드는 예를 들어 공기나 물을 포함할 수 있습니다.이 값은 다음 비율로 정의됩니다.

\phi = frac {V_{\mathrm {V}}}}{V_{\mathrm {T}}}

여기서_V V는 보이드 공간(유체 등)의_T 부피이고 V는 고체 및 보이드 구성 요소를 포함한 물질의 전체 또는 부피입니다.다공성을 나타내기 위해 수학적 $\phi$ {\(\ $displaystyle \phi)$ 와 $\phi$ n $(\displaystyle$ n $)$ 이 $n$ 모두 사용됩니다.

다공성은 0과 1 사이의 분수로, 일반적으로 고체 화강암의 경우 0.005 미만, 이탄과 점토의 경우 0.5 이상입니다.

암석 또는 퇴적층의 다공성은 암석에 포함될 수 있는 물 또는 탄화수소의 잠재적 부피를 평가할 때 중요한 고려 사항입니다.퇴적 다공성은 매몰 속도, 매몰 깊이, 결합 유체의 특성, (유체 배출을 방해할 수 있는) 중첩 퇴적물의 특성 등 많은 요소의 복잡한 기능입니다.다공성과 깊이 사이에 일반적으로 사용되는 한 가지 관계는 Athy(1930) ^[2]방정식에 의해 제시된다.

\displaystyle \phi (z)=\phi _{0}e^{-kz},

여기서 $\phi _{0}$ 0 $(\$ _ ${0})$ 은 $\phi _{0}$ 표면 다공성,k(\ $displaystyle$ k $)$ 는 $k$ 압축 계수(m⁻¹), $z$ (\ $displaystyle$ z $)$ 는 $z$ 깊이(m)입니다.

다공성 값은 부피밀도 $\rho _{\text{bulk}}$ 벌크 $(\$ 포화유체밀도 $\rho _{\text{fluid}}$ 유체(\ $displaystyle\rho_{\text{fluid}}})$ 및 $\rho _{\text{fluid}}$ $\rho _{\text{particle}}$ 입자밀도 $\rho _{\text{particle}}$ $입자(\displaystyle\rho_$ {\ $text{$ particle $\rho _{\text{particle}}$ 에서 계산할 수 있다.

\phi = phi frac {\text {param}-\rho _{\text {param}}{\rho _{\text {param}}}-\rho _{\text {param}}}}

보이드 공간이 공기로 채워진 경우 다음과 같은 간단한 형태를 사용할 수 있습니다.

\displaystyle \phi = 1 - { \ frac { \ text { phi } { \ rho _ { \ text { phi } }

정상 입자 밀도는 약 2.65g/cm³(실리카)로 가정되지만 입자의 암석을 조사하면 더 나은 추정치를 얻을 수 있다.

다공성 및 유압 전도율

다공성은 유압 전도율에 비례할 수 있습니다. 유사한 모래 대수층이 두 개일 경우 다공성이 높은 쪽이 일반적으로 더 높은 유압 전도율(물 흐름의 개방 영역)을 갖지만, 이 관계에는 많은 복잡한 문제가 있습니다.주요 복잡성은 다공성과 유압 전도율 사이에 정비례성이 아니라 추정된 비례성이 있다는 것입니다.모공 후두 반지름과 유압 전도율 사이에는 분명한 비례성이 있습니다.또한 모공 목구멍의 반경과 모공의 부피가 비례하는 경향이 있습니다.모공 후두 반지름과 다공성 사이의 비례성이 존재하는 경우 다공성과 유압 전도성 사이의 비례성이 존재할 수 있습니다.그러나 입자 크기 또는 정렬이 모공 후두 반지름과 다공성 사이의 비례성을 감소시키기 때문에 다공성과 유압 전도성 사이의 비례성도 감소하기 시작합니다.예를 들어: 점토는 일반적으로 매우 낮은 유압 전도율을 가지고 있지만(모공 후두 반경이 작기 때문에) 매우 높은 다공성을 가지고 있습니다. 즉, 점토 광물의 구조적인 특성으로 인해 점토는 부피당 많은 양의 물을 보유할 수 있지만 빠르게 물을 방출하지 않기 때문에 유압 전도율이 낮습니다.간지럽다

정렬 및 다공성

충적 기공률에 대한 분류의 영향.검은색은 고체, 파란색은 모공 공간을 나타냅니다.

잘 정렬된(거의 모든 크기의 입자가 동일한 크기의) 재료는 크기가 잘 정렬되지 않은(작은 입자가 큰 입자 사이의 틈새를 메우는) 재료보다 다공성이 높습니다.이 그래픽은 일부 작은 입자가 모공을 효과적으로 채우는 방법(모든 물의 흐름이 발생하는 곳)을 보여 줍니다. 다공성과 유압 전도성은 대폭 감소하지만 재료 전체 부피의 극히 일부에 불과합니다.흙 재료에 대한 일반적인 다공성 값의 표는 수문 지질학 기사의 "추가 판독치" 섹션을 참조하십시오.

암석의 다공성

통합된 암석(예: 사암, 셰일, 화강암 또는 석회암)은 충적 퇴적물과 비교하여 더 복잡한 "이중" 기공을 가질 수 있다.이는 연결된 다공성과 연결되지 않은 다공성으로 나눌 수 있습니다.연결된 다공성은 암석으로 유입될 수 있는 가스나 액체의 부피를 통해 더 쉽게 측정되는 반면, 유체는 연결되지 않은 기공에 접근할 수 없습니다.

다공성은 전체 부피에 대한 모공 부피의 비율입니다.다공성은 암석 유형, 모공 분포, 석출, 유전학적 이력 및 조성에 의해 제어됩니다.곡간 공간의 부피는 곡립 패킹 방법에만 관련되기 때문에 다공성은 곡립 크기에 의해 제어되지 않습니다.

암석은 일반적으로 나이와 매장 깊이에 따라 다공성이 감소한다.걸프만 연안 사암은 일반적으로 캄브리아기 사암보다 구멍이 많다.이 규칙에는 예외가 있는데, 대개 매장 깊이와 열 이력 때문입니다.

토양의 다공성

표면 토양의 다공성은 일반적으로 입자 크기가 증가함에 따라 감소합니다.이는 토양 생물학적 과정을 거치면 미세한 질감의 표면 토양에서 토양 골재가 형성되기 때문이다.응집에는 입자 부착과 압축에 대한 높은 내성이 포함됩니다.모래땅의 일반적인 부피 밀도는 1.5 - 1.7 g/cm이다³.이 값은 0.43에서 0.36 사이의 다공성으로 계산됩니다.점토 토양의 일반적인 부피 밀도는 1.1g/cm에서 1.3g/cm³ 사이이다.이것은 0.58에서 0.51 사이의 다공성으로 계산됩니다.이것은 직관에 반하는 것으로 보인다. 왜냐하면 점토토는 무겁다고 불리며 다공성이 낮음을 의미하기 때문이다.헤비(Heavy)는 모래와 비교하여 점토질 토양에서 경운 도구를 끌어당기는 데 필요한 상대적인 힘으로 되돌아가는 중력 수분 함량 효과를 의미한다.

지표면 토양의 다공성은 중력에 의한 압축으로 지표면 토양의 다공성이 낮다.다공성 0.20은 바이오맨틀 아래의 깊이에서 변형되지 않은 자갈 크기 재료에 대해 정상으로 간주한다.양성생성의 집계 영향 이하의 미세한 재료의 다공성은 이 값에 근접할 것으로 예상할 수 있다.

토양 공극성 복잡하다.전통적인 모델 연속으로 다공성 간주한다.이러한 예외적인 기능에 대하여 설명하여야 하며, 근사치일 뿐 결과를 생산하지 못한다.게다가, 그것은 모공 기하학에 영향을 미치는 환경 요소의 영향을 모델이 되지 않을 수 없다.더 복잡한 모델을 수많은 프랙탈, 거품 이론, 균열 이론, 부울 곡물 과정, 포장된 영역과 그 밖의 여러 다른 모델을 포함 제안한 바 있다.모공의 공간을 토양에 있던 characterisation은 연합된 개념이다.

지질 기공의 종류

일차 공극성: 바위 또는 제한을 받지 않은 충적 퇴적물에 또는 본래 중요한 다공성 시스템이다.
이차 공극성: 바위의 전부 또는 별도의 후속 다공성 시스템, 종종 바위에 전반적인 기공성 향상해 줘요미네랄의 화학 침출 또는 파괴 시스템의 세대의 이 결과일 수 있다.이거나 그것으로(아래 이중 다공성을 보)공존하는 일차 공극성 대체할 수 있습니다.
골절 공극성: 이것은 기공성 골절상을 시스템 또는 faulting과 관련된입니다.이것은 탄화 수소들의 일차 공극성 때문에 그렇지 않으면 없을 것이기 때문에 저수지(예를 들어 매립 깊이 때문에), 락형 보통 저수지(예를 들어 화성 침투를 예방하고 또는 metasediments)로 간주되지 않의 파괴되고 있는 바위에 이차 공극성을 만들 수 있습니다.
Vuggy 다공성: 이것은 탄산염 암석의 큰 특징(예: 매크로 화석)이 큰 구멍, 독, 또는 심지어 동굴을 남김으로써 생기는 2차 다공성입니다.
유효 다공성(열린 다공성이라고도 함): 유체 흐름이 효과적으로 이루어지는 총 부피의 비율을 말하며, 현수막 및 막다른 곳(이들 모공은 플러싱할 수 없지만 가스^[3] 팽창과 같은 압력 방출로 유체 이동을 일으킬 수 있으므로) 모공을 포함하며 닫힌 모공(또는 연결되지 않은 공동)은 제외됩니다.이것은 지하수와 석유의 흐름뿐만 아니라 용질 수송에도 매우 중요하다.
무효 다공성(폐쇄 다공성이라고도 함): 유체 또는 가스가 존재하지만 유체 흐름이 효과적으로 이루어지지 않는 총 부피의 비율을 말하며 닫힌 모공을 포함합니다.따라서 다공성의 형태를 이해하는 것은 지하수와 석유 흐름에서 매우 중요하다.
이중 다공성: 상호작용하는 두 개의 겹치는 저장소가 있다는 개념적 개념을 참조합니다.분열된 암석 대수층에서 암괴와 균열은 종종 두 개의 겹치지만 별개의 물체로 시뮬레이션된다.지연 수율 및 누출 대수층 흐름 용액은 모두 이중 다공성을 위해 얻어진 것과 수학적으로 유사한 해결책입니다. 세 가지 경우 모두 두 개의 수학적으로 다른 저장소에서 물이 나옵니다(물리적으로 다른지 여부에 관계없이).
대광도: 고체(즉, 토양과 같은 응집된 재료 제외)에서 '대광도'라는 용어는 직경이 50nm 이상인 기공을 의미한다.매크로포어를 통과하는 흐름은 벌크 확산으로 설명됩니다.
중다공성: 고체(즉, 토양과 같은 응집 물질 제외)에서 '메소다공성'이라는 용어는 2nm 이상 직경이 50nm 미만인 기공을 의미한다.메소포어를 통과하는 흐름은 Knudsen 확산으로 설명된다.
미세각도: 고체(즉, 토양과 같은 응집된 재료 제외)에서 '미세광도'라는 용어는 직경이 2nm 미만인 기공을 의미한다.미세 구멍의 움직임은 확산에 의해 활성화된다.

직물의 다공성 또는 공기역학 다공성

바람이 "보이는" 구멍 대 고체 구멍의 비율.공기역학적 다공성은 시각적 다공성보다 구멍의 수축에 따라 달라집니다.

다이캐스팅 다공성

주조 다공성은 다음 중 하나 이상의 결과로 발생합니다. 용해된 금속 온도에서 오염 물질이 가스화됨, 용해된 금속이 응고될 때 발생하는 수축, 예상치 못하거나 제어할 수 없는 온도 또는 습도 변화입니다.

다공성은 다이캐스팅 제조에 내재되어 있지만 압력 무결성이 중요한 특성인 경우 부품 고장으로 이어질 수 있습니다.다공성은 상호 연결된 미세 다공성, 접힘 및 포함에서 부품 표면에 보이는 매크로 다공성까지 여러 가지 형태를 취할 수 있습니다.다공성의 최종 결과는 부품이 압력을 유지하지 못하도록 주물 벽을 통해 누출 경로를 만드는 것입니다.또한 다공성으로 인해 도장 공정 중 가스 배출, 도금산 용출 및 프레스 금속 ^[4]구성품 가공 시 공구 떨림이 발생할 수 있습니다.

다공성 측정

다공성을 측정하는 광학적인 방법: 석고판 아래 얇은 부분은 다공성을 보라색으로 나타내며 다른 색상의 탄산염 입자와 대조됩니다.바하마 산살바도르 섬에서 온 플레이스토세니올리언석 .스케일 바 500μm.

다공성을 측정하기 위해 여러 가지 방법을 사용할 수 있습니다.

직접적 방법(다공질 시료의 부피 결정 후 모공이 없는 골격 재료의 부피 결정)
광학 방법(예: 현미경 아래에서 볼 수 있는 모공 면적 대 재료 면적 결정)."면적" 및 "용적" 기공률은 무작위 ^[5]구조의 다공질 매체에 대해 동일합니다.
컴퓨터 단층 촬영 방법(산업용 CT 스캔을 사용하여 빈 공간을 포함한 외부 및 내부 지오메트리의 3D 렌더링을 만듭니다).다음으로 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 결함 분석 실시)
흡착법,^[5] 즉 다공질 시료를 진공 상태에서 우선적으로 모공을 적시는 유체 속에 담그는 방법.
- 물포화법(물포화법) (물포화법 = 총 물포화법 - 담근 후 남은 물포화법)
수증발법(수증발량=(포화시료 중량 - 건조시료 중량)/수밀도)
수은 침입 기공법(독물학적 우려와 수은이 여러 금속과 합금으로 아말감 형성을 하는 경향이 있기 때문에 몇 가지 비수은 침입 기법이 개발되었습니다.
가스 팽창법.^[5]알려진 부피의 샘플은 알려진 부피의 용기에 동봉됩니다.진공 압력에 가까운 진공 압력으로 배출되는 알려진 부피로 다른 용기에 연결됩니다.두 용기를 연결하는 밸브가 열리면 가스가 첫 번째 용기에서 두 번째 용기로 균일한 압력 분포를 얻을 때까지 통과합니다.이상적인 기체 법칙을 사용하여 모공의 부피는 다음과 같이 계산됩니다.

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

V

=

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

- V

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

-

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

2

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

- P

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

\

displaystyle V_{V

}=

V_{T}-

V_

{a}-V_{b}{P_{

2} \

over {P_{

2}-

P_{

1

V_{V}=V_{T}-V_{a}-V_{b}{P_{2} \over {P_{2}-P_{1}}}

어디에

V는_V 모공의 유효량이고

V는_T 샘플의 벌크 볼륨입니다.

V는_a 샘플이 들어 있는 용기의 부피입니다.

V는_b 진공 용기의 부피이다.

P는₁ 부피_a V와_V V의 초기 압력에 있는 초기 압력이다.

P는₂ 전체 시스템에 존재하는 최종 압력입니다.

다공성은 올바른 정의에 따라 직결된다.

T

T

이 방법은 가스가 모공과 주변 체적 사이에 전달된다고 가정합니다.실제로, 이것은 모공이 닫힌 충치가 되어서는 안 된다는 것을 의미합니다.

열다공도 측정과 저온다공도 측정.Gibbs-Thomson 방정식에 따라 액체의 작은 결정은 벌크 액체보다 낮은 온도에서 녹는다.따라서 액체가 다공질 물질에 흡수되어 동결되면 녹는 온도는 모공 크기 분포에 대한 정보를 제공합니다.그 녹는 빙하의 발견은 일시적 열의 흐름 감지함으로써 phase-changes는 미분 열량 측정법 –(기무사 thermoporometry)[6]모바일 액체의 양 또는imbibed 결정 또는 liqui에서 중성자 산란의 진폭 측정 핵자기 공명 –(NMRcryoporometry)[7]을 사용하여 측정 스캔을 통해 이루어질 수 있다.dphases – (ND 저온 다공법).^[8]

참고 항목

레퍼런스

Glasbey, C. A.; G. W. Horgan; J. F. Darbyshire (September 1991). "Image analysis and three-dimensional modelling of pores in soil aggregates". Journal of Soil Science. 42 (3): 479–86. doi:10.1111/j.1365-2389.1991.tb00424.x.
Horgan, G. W.; B. C. Ball (1994). "Simulating diffusion in a Boolean model of soil pores". European Journal of Soil Science. 45 (4): 483–91. doi:10.1111/j.1365-2389.1994.tb00534.x.
Horgan, Graham W. (1996-10-01). "A review of soil pore models" (PDF). Retrieved 2006-04-16. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
Horgan, G. W. (June 1998). "Mathematical morphology for soil image analysis". European Journal of Soil Science. 49 (2): 161–73. doi:10.1046/j.1365-2389.1998.00160.x. S2CID 97042651.
Horgan, G. W. (February 1999). "An investigation of the geometric influences on pore space diffusion". Geoderma. 88 (1–2): 55–71. Bibcode:1999Geode..88...55H. doi:10.1016/S0016-7061(98)00075-5.
Nelson, J. Roy (January 2000). "Physics of impregnation" (PDF). Microscopy Today. 8 (1): 24. doi:10.1017/S1551929500057114. Archived from the original (PDF) on 2009-02-27.
Rouquerol, Jean (December 2011). "Liquid intrusion and alternative methods for the characterization of macroporous materials (IUPAC Technical Report)*" (PDF). Pure Appl. Chem. 84 (1): 107–36. doi:10.1351/pac-rep-10-11-19. S2CID 10472849.

각주

^ G.F. 휴이트, G.L. 샤이어스, Y.V.Polezhaev(편집자), "열과 물질 전달 국제 백과사전", CRC Press, 1997.
^ ATHY L.F., 1930년퇴적암의 밀도, 다공성, 압축성, 황소. 아머. 아삭. 가솔린. 걸 대 14, 페이지 1-24
^ E &P Geology.com에서 설명하고 있는 유효 다공성 및 무효 다공성 또는 총 유효 다공성
^ "How to Fix Die Casting Porosity?". Godfrey & Wing.
^ ^a ^b ^c F.A.L. 덜리엔, "포러스 미디어"유체 수송과 모공 구조", 학술 출판사, 1992.
^ Brun, M.; Lallemand, A.; Quinson, J-F.; Eyraud, C. (1977). "A new method for the simultaneous determination of the size and the shape of pores: The Thermoporometry". Thermochimica Acta. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam. 21: 59–88. doi:10.1016/0040-6031(77)85122-8.
^ Mitchell, J.; Webber, J. Beau W.; Strange, J.H. (2008). "Nuclear Magnetic Resonance Cryoporometry" (PDF). Phys. Rep. 461 (1): 1–36. Bibcode:2008PhR...461....1M. doi:10.1016/j.physrep.2008.02.001.
^ Webber, J. Beau W.; Dore, John C. (2008). "Neutron Diffraction Cryoporometry – a measurement technique for studying mesoporous materials and the phases of contained liquids and their crystalline forms" (PDF). Nucl. Instrum. Methods A. 586 (2): 356–66. Bibcode:2008NIMPA.586..356W. doi:10.1016/j.nima.2007.12.004.

외부 링크

[1] G.F. 휴이트, G.L. 샤이어스, Y.V.Polezhaev(편집자), "열과 물질 전달 국제 백과사전", CRC Press, 1997.

[2] ATHY L.F., 1930년퇴적암의 밀도, 다공성, 압축성, 황소. 아머. 아삭. 가솔린. 걸 대 14, 페이지 1-24

[3] E &P Geology.com에서 설명하고 있는 유효 다공성 및 무효 다공성 또는 총 유효 다공성

[4] "How to Fix Die Casting Porosity?". Godfrey & Wing.

[Dul-5] F.A.L. 덜리엔, "포러스 미디어"유체 수송과 모공 구조", 학술 출판사, 1992.

[6] Brun, M.; Lallemand, A.; Quinson, J-F.; Eyraud, C. (1977). "A new method for the simultaneous determination of the size and the shape of pores: The Thermoporometry". Thermochimica Acta. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam. 21: 59–88. doi:10.1016/0040-6031(77)85122-8.

[7] Mitchell, J.; Webber, J. Beau W.; Strange, J.H. (2008). "Nuclear Magnetic Resonance Cryoporometry" (PDF). Phys. Rep. 461 (1): 1–36. Bibcode:2008PhR...461....1M. doi:10.1016/j.physrep.2008.02.001.

[8] Webber, J. Beau W.; Dore, John C. (2008). "Neutron Diffraction Cryoporometry – a measurement technique for studying mesoporous materials and the phases of contained liquids and their crystalline forms" (PDF). Nucl. Instrum. Methods A. 586 (2): 356–66. Bibcode:2008NIMPA.586..356W. doi:10.1016/j.nima.2007.12.004.

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