【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多孔介质特性检测，具体涉及一种测量多孔介质孔隙率的测量方法。
技术介绍
1、多孔介质是由固体骨架和由骨架分隔成的微小孔隙所构成的物质。孔隙率，即单位体积的多孔介质中孔隙所占的体积比，是多孔介质的重要结构参数，对多孔介质的功能特性有重要影响。
2、测量多孔介质孔隙率的常用方法有密度法、排除体积法、压汞法和气体吸附法等。但是这些方法都需要额外的特殊装置，在已知多孔介质某些物性参数的前提下才能测量其孔隙率，所以无法实现原位在线测量。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术人研究发现，测量流体以不同的流速通过多孔介质时的压降，用ergun型方程拟合流体通过多孔介质时的压降与流速的关系，通过拟合参数与孔隙率的关联式可得到多孔介质的孔隙率，从而实现孔隙率的原位测量。
2、本专利技术的原理如下：根据ergun型方程，当流体流过一定厚度的多孔介质时，由于多孔介质对流体流动的阻碍作用，流体的压强会降低。
3、其中，单位厚度的压降由下式(1)表示
4、
5、式中，δp为压降，单位pa；l为多孔介质在流体流动方向上的厚度，单位m；ε为多孔介质的孔隙率，无量纲；d为多孔介质的比表面积当量直径，单位m；μ为流体黏度，单位pa·s；ρ为流体密度，单位kg·m-3；u为流体平均流速(以整个流通截面计)，单位m·s-1。
6、若令
7、
8、
9、则
10、
11、
12、从(3)可以看出，b可表达为
13、
14、式(5)表明b与呈线性关系，从而可以利用该线性关系测算多孔介质的孔隙率。
15、本专利技术目的在于提供一种多孔介质孔隙率的原位在线测量方法，该方法基于以下式(5)进行，
16、
17、其中，b为与流体流动相关常数，c1和c2为与流体种类和孔隙率相关的拟合常数，ε为多孔介质的孔隙率；
18、该方法包括以下步骤：
19、步骤一：获得拟合常数c1和c2；
20、步骤二：对待测量多孔介质，获得拟合常数b；
21、步骤三：根据式(5)，得到待测量多孔介质的孔隙率：
22、
23、在优选的实施方式中，步骤一包括以下过程：
24、(1-1)对于三种以上已知孔隙率的多孔介质，针对每种介质，将流体以多种不同流速通过多孔介质，测量不同流速下的压降，并测量多孔介质在流体流动方向的厚度，所述三种以上已知孔隙率的多孔介质与待测量多孔介质化学组成相同；
25、(1-2)对于所述三种以上已知孔隙率的多孔介质，根据下式拟合流体通过多孔介质时的压降与流速的关系，得到拟合常数b：
26、
27、其中，δp为压降，单位pa；l为多孔介质在流体流动方向上的厚度，单位m；a和b为拟合常数；u为流体平均流速(以整个流通截面计)，单位m·s-1；
28、(1-3)根据下式进行拟合，得到拟合常数c1和c2
29、
30、其中，c1和c2为拟合常数；ε为多孔介质的孔隙率，无量纲。
31、在优选的实施方式中，步骤(1-1)中，将多孔介质装填在等截面的直管道内，填充厚度即为多孔介质在流体流动方向的厚度；测压口设置在紧靠多孔介质前后端面的管道壁面上，以进行精确测量。
32、本专利技术中所用流体，优选为re介于0.17～330之间的流体，此时孔隙率测量结果准确度高。
33、更优选地，所用流体不与待测的多孔介质发生化学反应，不被多孔介质的骨架所吸收/吸附，以确保测量结果准确。
34、在本专利技术中，对于流体的压降，使用差压传感器直接测量，并扣除流体在两个测压端面之间因重力作用而产生的压力差。
35、测量得到的压降除以介质在流体流动方向上的厚度，得到单位压降
36、在本专利技术中，对于流体的流速，根据其性质，可以选择热线风速仪、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计、涡街流量计、涡轮流量计或电磁流量计等来测量。例如，以空气作为流体的时候，可以选择热线风速仪、孔板流量计、文丘里流量计、涡街流量计和涡轮流量计等。
37、在步骤(1-1)中，对于一种多孔介质，测量多种不同流速及其压降，以便确保后续拟合的准确性。优选至少5种以上流速，更优选至少10种以上流速。
38、在步骤(1-2)中，根据步骤(1-1)中测得的流体不同流速u和单位压降根据式(4)进行拟合，得到拟合常数b。
39、即，以单位压降为变量，以流速u为自变量，采用最小二乘法，进行如式(4)所示的二项式拟合。
40、在步骤(1-3)中，根据式(5)进行拟合的过程，可以拟合常数b为变量，以为自变量，采用最小二乘法，进行如式(5)所示的线性拟合。
41、在优选的实施方式中，步骤二包括以下过程：
42、(2-1)对于待测量多孔介质，将流体以多种不同流速通过多孔介质，测量不同流速下的压降，并测量多孔介质在流体流动方向的厚度；
43、(2-2)对于待测量多孔介质，根据下式拟合流体通过多孔介质时的压降与流速的关系，得到拟合常数b：
44、
45、其中，δp为压降，单位pa；l为多孔介质在流体流动方向上的厚度，单位m；a和b为常数；u为流体平均流速(以整个流通截面计)，单位m·s-1。
46、本专利技术所提供的多孔介质孔隙率的原位在线测量方法具有以下有益效果：
47、(1)本专利技术提供了一种新颖的孔隙率测量方法，可以实现原位测量，对于厚度确定的多孔介质材料，只需要测量流体的流速和压降即可，无需进行其他测试，非常简单方便；
48、(2)对流体限制低，可以采用在极宽范围的雷诺数的流体进行；
49、(3)流体的流速和压降容易测量；
50、(4)测量结果准确。
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1.一种多孔介质孔隙率的原位在线测量方法，该方法基于以下式(5)进行，
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤一包括以下过程：
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤二包括以下过程：
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤三包括以下过程：
5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，在步骤一和步骤二中，所用流体相同。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，所述流体的密度和黏度分别为常数。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，所述流体不与待测的多孔介质发生化学反应，不被多孔介质的骨架所吸收/吸附。
8.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，所述流体的雷诺数Re为0.17～330。
9.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，步骤(1-1)和/或(2-1)中，将多孔介质装填在等截面的直管道内，填充厚度即为多孔介质在流体流动方向的厚度；测压口设置在紧靠多孔介质前后端面的管道壁面上。
10.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，步骤(
...【技术特征摘要】
1.一种多孔介质孔隙率的原位在线测量方法，该方法基于以下式(5)进行，
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤一包括以下过程：
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤二包括以下过程：
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤三包括以下过程：
5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，在步骤一和步骤二中，所用流体相同。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，所述流体的密度和黏度分别为常数。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，所述流体不与待测的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李万利，梁宽，邵伟光，蔡利海，阳勇，郝龙雨，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：
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