第一章渗流的基础知识和基本定律 第一节基本概念 、渗流与渗流力学 渗流是流伓在多孔介质中的流动。渗流打学就是硏究流体在多孔介质中运动规律的科 学。渗流力学是流体力学的一个重要分支,是流体力学与多孔介质理论、表面物理、物理化学 以及生物学交叉渗透而发展起来的一门边缘学科。 渗流现象普遍冇在于自然昦和人造材料中·如地下水、热水和盐水的渗流,石油、天然气和 楳层气的渗流动物体内的血液微循环和微细攴气管的滲流·植物伓內水分、气体和糖分的输 送瓷、砖石、砂模、填充床等人造多孔材料中气体的滲流等。 渗流力学在很多用科学和匚程技术领域冇着广泛的应用·如上壤力学、地下水水文学 石油匚程、地热工程、给水工程、环境工程、化匚和微机械等。此外.在国防工些中·如航空航天 业中发汗冷却、核废料的处理以及诸如防毒面罩的硏制等都涉及渗流力学。本书着重论述 关油、气、水滲流的某些基本理论及其应用。 渗流的特点在于: (1)多孔介质单位体积孔隙的表面积比较大表面作用比较明显,任何时候都必须考虑黏 性作用 (2)在地下渗流中往往压力较大因而,通常要考虑流体的压缩性 3)孔道形状复杂阻力大,毛细管力作用较普遍.有吋还要考虑分子力 4)往往伴随着复杂的物理化学过程。 渗流力学是一门既有较长历史又年轻活跃的科学。从达西知rey定律的出现已过去一个 」世纪。2世纪·石工业的崛起极大地推进了滲流力学的发展。随着相关科学技术的发 展,如高性能计算机的出现-核磁共振、T扫描成像以及其他先进试验方法用于渗流,又将渗 流力学大大推进了一步。近年来随眷非线性力学的发展,将分叉、混沌以及分形理论用于滲 流,其他诸如格子气模型的建立等,更使渗流力学的发展进入一个全新的阶段。 二、多孔介质 简单说来,多孔介质是指含有大量孔瞑的同伓,也就是说,是指圊体材料中含有孔隙、微裂 缝等各种类型乇细管体系的介质。由于妟从渗流的角度定义多孔介质,还需要规定从介质」 侧到另一侧有芢干连续的道,并且孔隙和通道在整个介质中有着广泛的分布。概括起来,可 用以下几点来描述多孔介质 (1)多孔介质(或多孔材料)是多相介质占据一块空间.其中同相部分称为固体骨架,而未 被固相占据的部分空间称为孔隙。孔隙內可以是气体或液体.也可以是多相流体 (2)固相应遍布整个介质,孔隙也应遍布整个介质。也就是说,在介质中取一适当大小的