CH720351A2

CH720351A2 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE PORE SIZE DISTRIBUTION OF POROUS MEDIA

Info

Publication number: CH720351A2
Application number: CH000780/2023A
Authority: CH
Inventors: Dong Hui; Ye Jing
Original assignee: Univ Xiangtan
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2023-07-06
Publication date: 2024-06-28
Also published as: CN116106195A; CH720351B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen poröser Medien durch Experimente zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Erstellung eines Porenmodells für eine Glaskapillare mit einem kalibrierten Durchmesser; Durchführung der Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an dem Porenmodell für die Glaskapillare und Messung von rheologischen Parametern der Schwellenflüssigkeit; Durchführung der Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an Proben der porösen Medien und Erhalten einer Kennlinie Q v /∇P; und numerische Inversion der Kennlinie und Erhalten einer (1) Porengrößenverteilungskurve. Die Vorrichtung umfasst einen Kompressor (1), einen Flüssigkeit-Lagertank (2), eine stromaufwärts gelegene Kammer (3), eine Probenkammer (4), eine stromabwärts gelegene Kammer (5), eine Präzisionswaage (7), die hintereinander verbunden sind, und einen Differenzdrucksensor (6), wobei Druckanschlüsse des Differenzdrucksensors jeweils mit der stromaufwärts gelegenen Kammer und der stromabwärts gelegenen Kammer verbunden sind. Die vorliegende Erfindung kann effizient und genau die Porengrößenverteilungen der porösen Medien bestimmen und ist vorteilhaft für die Forschung von Porengefügemerkmalen.The present invention relates to a method and apparatus for determining pore size distributions of porous media by threshold fluid injection experiments. The method comprises the steps of: creating a pore model for a glass capillary with a calibrated diameter; performing threshold fluid injection experiments on the glass capillary pore model and measuring rheological parameters of the threshold fluid; performing threshold fluid injection experiments on samples of the porous media and obtaining a characteristic curve Q v /∇P; and numerically inverting the characteristic curve and obtaining one (1) pore size distribution curve. The apparatus comprises a compressor (1), a liquid storage tank (2), an upstream chamber (3), a sample chamber (4), a downstream chamber (5), a precision balance (7) connected in series, and a differential pressure sensor (6), wherein pressure ports of the differential pressure sensor are connected to the upstream chamber and the downstream chamber, respectively. The present invention can efficiently and accurately determine the pore size distributions of the porous media and is advantageous for research of pore structure characteristics.

Description

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die Erfindung betrifft Messung und Charakterisierung poröser Medien, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen poröser Medien durch Experimente zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit. [0001] The invention relates to measurement and characterization of porous media, in particular to a method and apparatus for determining the pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Poröse Medien umfassen Skelette aus einem Festkörper und eine große Anzahl von dichten Poren, durchströmt von einem oder mehreren Fluiden oder gasgefüllt. Aufgrund von Gefügemerkmalen der porösen Medien haben die porösen Medien Anwendungen z. B. in der Architektur, Medizin, Luft- und Raumfahrt usw. Die Porengrößenverteilungen gelten als eines der wichtigen Porengefügemerkmalen der porösen Medien und haben einen großen Einfluss auf die Freisetzung von Medikamenten, Effizienzen von Katalysatoren, Filterwirkungen von Filtermaterialien, Leistungen von Baumaterialien, Speicherkapazitäten von Gestein usw. Die Frage, wie man die Porengrößenverteilungen der porösen Medien genau und effizient bestimmen kann, steht im Mittelpunkt der aktuellen und künftigen Forschung. [0002] Porous media comprise skeletons made of a solid body and a large number of dense pores through which one or more fluids flow or which are filled with gas. Due to structural characteristics of the porous media, the porous media have applications in, for example, architecture, medicine, aerospace, etc. The pore size distributions are considered to be one of the important pore structure characteristics of the porous media and have a great influence on the release of drugs, efficiencies of catalysts, filtering effects of filter materials, performance of building materials, storage capacities of rocks, etc. The question of how to determine the pore size distributions of the porous media accurately and efficiently is the focus of current and future research.

[0003] Heutzutage wird die Quecksilberporosimetrie verwendet, um die Porengrößenverteilungen der porösen Medien zu bestimmen. Das Prinzip besteht darin, mittels der Undurchlässigkeit von Quecksilber für allgemeinen Festkörper das Quecksilber durch äußere Drucke in die Poren der porösen Medien gegen den Widerstand der Kapillare zu drücken. Je größer die äußeren Drucke sind, desto kleiner sind die Radien der Poren, in denen das Quecksilber eindringen kann. Durch die Messung von Gehältern an dem Quecksilber, eindringend unter verschiedenen äußeren Drucken in die Poren, können die Porenvolumen der Poren mit entsprechenden Porengrößen ermittelt und eine Porengrößenverteilungskurve der porösen Medien ermittelt werden. [0003] Nowadays, mercury porosimetry is used to determine the pore size distributions of porous media. The principle is to use the impermeability of mercury for general solids to force the mercury into the pores of the porous media against the resistance of the capillary by means of external pressures. The greater the external pressures, the smaller the radii of the pores into which the mercury can penetrate. By measuring the contents of the mercury penetrating into the pores under different external pressures, the pore volumes of the pores with corresponding pore sizes can be determined and a pore size distribution curve of the porous media can be determined.

[0004] Durch die Quecksilberporosimetrie können die Porengrößenverteilungen schnell und genau gemessen werden, aber die Quecksilberporosimetrie ist nur für die Proben der porösen Medien mit hoher mechanischer Festigkeit geeignet. Die Form der Proben der porösen Medien werden während der Experimente nicht verändert, aber übermäßige äußere Drucke beschädigen die Proben, wodurch die Stärke der ausgeübten Drucke weiter begrenzt wird. Daher ist der Porengrößenbereich, gemessen mit der Quecksilberporosimetrie, begrenzt. Darüber hinaus erschwert die Toxizität des Quecksilbers die Experimente und eine aufwändige Abfallbehandlung ist notwendig. [0004] Mercury porosimetry can measure pore size distributions quickly and accurately, but mercury porosimetry is only suitable for the samples of porous media with high mechanical strength. The shape of the samples of porous media are not changed during the experiments, but excessive external pressures will damage the samples, which further limits the strength of the applied pressures. Therefore, the pore size range measured by mercury porosimetry is limited. In addition, the toxicity of mercury complicates the experiments and complex waste treatment is necessary.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen poröser Medien durch Experimente zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit zu schaffen. Das Verfahren und die Vorrichtung können effizient und genau die Porengrößenverteilungen bestimmen und haben einen größeren Messbereich, einen breiteren Anwendungsbereich, wenigere Toxizität und höhere Sicherheitsfaktoren als eine Quecksilber-Injektion-Methode. [0005] The object of the present invention is to provide a method and an apparatus for determining the pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid. The method and the apparatus can efficiently and accurately determine the pore size distributions and have a larger measuring range, a wider application range, less toxicity and higher safety factors than a mercury injection method.

[0006] Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen poröser Medien durch Experimente zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit bereit, umfassend einen Kompressor, einen Flüssigkeit-Lagertank, eine stromaufwärts gelegene Kammer, eine Probenkammer, eine stromabwärts gelegene Kammer mit einer Auslassöffnung, und eine Präzisionswaage, die hintereinander verbunden sind, sowie einen Differenzdrucksensor mit einem Nullstellventil, wobei Druckanschlüsse des Differenzdrucksensors jeweils mit der stromaufwärts gelegenen Kammer und der stromabwärts gelegenen Kammer verbunden sind. [0006] The present invention provides an apparatus for determining pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid, comprising a compressor, a liquid storage tank, an upstream chamber, a sample chamber, a downstream chamber with an outlet opening, and a precision balance connected in series, and a differential pressure sensor with a zeroing valve, wherein pressure ports of the differential pressure sensor are connected to the upstream chamber and the downstream chamber, respectively.

[0007] Der Kompressor wird zum Erzeugen von Druck verwendet, um die Schwellenflüssigkeit durch Proben der porösen Medien zu drücken. Der Kompressor ist mit zwei Druckregelventilen ausgestattet, um den Druck im Flüssigkeit-Lagertank einzustellen, ein Freikolben im Flüssigkeit-Lagertank überträgt statischen Druck auf die Schwellenflüssigkeit und der Flüssigkeit-Lagertank ist mit einem Manometer ausgestattet, um den ausgeübten Druck in Echtzeit qualitativ zu kontrollieren. [0007] The compressor is used to generate pressure to force the threshold liquid through samples of the porous media. The compressor is equipped with two pressure control valves to adjust the pressure in the liquid storage tank, a free piston in the liquid storage tank transmits static pressure to the threshold liquid, and the liquid storage tank is equipped with a pressure gauge to qualitatively control the applied pressure in real time.

[0008] Die Probenkammer ist zwischen der stromaufwärts gelegenen Kammer und der stromabwärts gelegenen Kammer eingebettet und wird verwendet, um einen Strömungsweg der Schwellenflüssigkeit festzulegen. Die Proben der porösen Medien werden in richtigen Positionen fixiert, und die Probenkammer ist mit o-förmigen Ringen, zusammengedrückt durch Vierkantschrauben, ausgestattet, um die Dichtheit zu gewährleisten. [0008] The sample chamber is embedded between the upstream chamber and the downstream chamber and is used to define a flow path of the threshold liquid. The samples of the porous media are fixed in proper positions, and the sample chamber is equipped with O-shaped rings compressed by square bolts to ensure the tightness.

[0009] Der Differenzdrucksensor wird zur Messung vom Differenzdruck verwendet. Ein Hauptkörper des Differenzdrucksensors ist vertikal in einem Gehäuse angeordnet, und ein Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Differenzdrucksensor ist mit Schaumstoff gefüllt, um eine Temperatur des Differenzdrucksensors stabil zu halten; zwei Druckanschlüsse des Differenzdrucksensors sind jeweils mit der stromaufwärts gelegenen Kammer und der stromabwärts gelegenen Kammer verbunden, um den Differenzdruck zwischen einem oberen Ende und einem unteren Ende der Proben direkt zu messen und Fehler, verursacht durch andere Komponenten, zu vermeiden. [0009] The differential pressure sensor is used to measure differential pressure. A main body of the differential pressure sensor is vertically arranged in a housing, and a gap between the housing and the differential pressure sensor is filled with foam to keep a temperature of the differential pressure sensor stable; two pressure ports of the differential pressure sensor are respectively connected to the upstream chamber and the downstream chamber to directly measure the differential pressure between an upper end and a lower end of the samples and avoid errors caused by other components.

[0010] Die Präzisionswaage wird zur Messung von Massenströmen an einer Austrittsseite, nämlich der Auslassöffnung der stromabwärts gelegenen Kammer, verwendet. Eine Exportpalette wird auf die Präzisionswaage aufgesetzt und ist über ein horizontales flexibles Rohr und einen Strahl unter dem Wasser mit der stromabwärts gelegenen Kammer verbunden, um den Einfluss der Kapillarwirkung zu vermeiden. Die Exportpalette ist mit einer Kunststofffolie bedeckt, um Qualitätsverluste durch Flüssigkeitsverdunstung zu vermeiden. Der Strahl unter dem Wasser bedeutet, dass sich beide Enden des horizontalen flexiblen Rohrs in der Schwellenflüssigkeit befinden. Um den Einfluss von Luft zu vermeiden, werden einige Flüssigkeiten im Voraus auf dem Exportpalette vorbereitet und dann wird das flexible Rohr in die Flüssigkeiten eingeführt. [0010] The precision balance is used to measure mass flows at an outlet side, namely the outlet port of the downstream chamber. An export pallet is placed on the precision balance and is connected to the downstream chamber via a horizontal flexible pipe and a jet under the water to avoid the influence of capillary action. The export pallet is covered with a plastic film to avoid quality loss due to liquid evaporation. The jet under the water means that both ends of the horizontal flexible pipe are in the threshold liquid. In order to avoid the influence of air, some liquids are prepared on the export pallet in advance and then the flexible pipe is inserted into the liquids.

[0011] Vorzugsweise sind der Kompressor, der Flüssigkeit-Lagertank und die stromaufwärts gelegene Kammer nacheinander über ein flexibles Rohr verbunden, ein zweites Druckregelventil ist zwischen dem Kompressor und dem Flüssigkeit-Lagertank angeordnet und ein Abzweig mit einem ersten Druckregelventil erstreckt sich von einem Verbindungsweg zwischen dem Kompressor und dem zweiten Druckregelventil, d.h. der Kompressor ist mit dem zweiten Druckregelventil, dem Flüssigkeit-Lagertank und der stromaufwärts gelegenen Kammer nacheinander über das flexible Rohr verbunden und der Abzweig mit dem ersten Druckregelventil erstreckt sich von dem Verbindungsweg zwischen dem Kompressor und dem zweiten Druckregelventil. [0011] Preferably, the compressor, the liquid storage tank and the upstream chamber are connected in sequence via a flexible pipe, a second pressure regulating valve is arranged between the compressor and the liquid storage tank and a branch with a first pressure regulating valve extends from a connection path between the compressor and the second pressure regulating valve, i.e. the compressor is connected to the second pressure regulating valve, the liquid storage tank and the upstream chamber in sequence via the flexible pipe and the branch with the first pressure regulating valve extends from the connection path between the compressor and the second pressure regulating valve.

[0012] Der Flüssigkeit-Lagertank ist mit einem Manometer und/oder einem Ablassventil ausgestattet, im Flüssigkeit-Lagertank ist der Freikolben vorgesehen; das mit dem Flüssigkeit-Lagertank zusätzlich verbundene Ablassventil wird verwendet, den Druck im Flüssigkeit-Lagertank abzulassen, um Probleme zu vermeiden. [0012] The liquid storage tank is equipped with a pressure gauge and/or a drain valve, the free piston is provided in the liquid storage tank; the drain valve additionally connected to the liquid storage tank is used to relieve the pressure in the liquid storage tank to avoid problems.

[0013] Vorzugsweise betragen Innendurchmesser der Probenkammer, der stromaufwärts gelegenen Kammer und der stromabwärts gelegenen Kammer alle 550 Millimeter (mm). Die Probenkammer ist zwischen der stromaufwärts gelegenen Kammer und der stromabwärts gelegenen Kammer eingebettet und um die Probenkammer herum sind die Vierkantschrauben vorgesehen, um die Dichtheit zu verbessern; [0013] Preferably, inner diameters of the sample chamber, the upstream chamber and the downstream chamber are all 550 millimeters (mm). The sample chamber is sandwiched between the upstream chamber and the downstream chamber, and the square bolts are provided around the sample chamber to improve the tightness;

[0014] Vorzugsweise ist die stromabwärts gelegene Kammer über das horizontale flexible Rohr mit der Exportpalette verbunden, und die Exportpalette wird mit der Kunststofffolie abgedeckt und auf die Präzisionswaage gestellt. Der Hauptkörper des Differenzdrucksensors ist vertikal in dem Gehäuse angeordnet, und der Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Differenzdrucksensor ist mit dem Schaumstoff gefüllt, um die Temperatur des Differenzdrucksensors stabil zu halten; die beiden Druckanschlüsse des Differenzdrucksensors sind jeweils mit der stromaufwärts gelegenen Kammer und der stromabwärts gelegenen Kammer verbunden, beide Druckmessstellen sind auf beiden Seiten der Probenkammer in einem Abstand von 50 mm angeordnet und beide Druckmessleitungen des Differenzdrucksensors sind mit dem Nullstellventil verbunden, wodurch die Druckanschlüsse kurzgeschlossen werden und dann der Differenzdrucksensor kalibriert und auf Null gestellt wird. [0014] Preferably, the downstream chamber is connected to the export pallet via the horizontal flexible pipe, and the export pallet is covered with the plastic film and placed on the precision balance; the main body of the differential pressure sensor is vertically arranged in the housing, and the gap between the housing and the differential pressure sensor is filled with the foam to keep the temperature of the differential pressure sensor stable; the two pressure ports of the differential pressure sensor are respectively connected to the upstream chamber and the downstream chamber, both pressure measuring points are arranged on both sides of the sample chamber at a distance of 50 mm, and both pressure measuring lines of the differential pressure sensor are connected to the zeroing valve, thereby short-circuiting the pressure ports and then calibrating and zeroing the differential pressure sensor.

[0015] Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen poröser Medien durch Experimente zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit, umfassend folgende Schritte: S1: Erstellung einer Vorrichtung für die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit in ein Porenmodell für eine Glaskapillare und Proben der porösen Medien; Kalibrierung, Befüllung und Starten der Vorrichtung für die Experimente; S2: Erstellung des Porenmodell für die Glaskapillare mit einem kalibrierten Durchmesser, Durchführung der Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an dem Porenmodell für die Glaskapillare und Messung von rheologischen Parametern der Schwellenflüssigkeit; S3: Durchführung der Experimente zum Einspritzen an den Proben der porösen Medien, nämlich Durchführung der Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an Proben der porösen Medien und Erhalten einer Kennlinie Qv/∇P, wobei QvVolumenströme, erhalten durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an den Proben der porösen Medien, darstellt, und VP Druckgradienten, erhalten durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an den Proben der porösen Medien, darstellt; und S4: numerische Inversion der Kennlinie und Erhalten einer Porengrößenverteilungskurve.[0015] Furthermore, the present invention provides a method for determining the pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid, comprising the following steps: S1: Creating a device for the experiments for injecting the threshold liquid into a pore model for a glass capillary and samples of the porous media; Calibrating, filling and starting the device for the experiments; S2: Creating the pore model for the glass capillary with a calibrated diameter, carrying out the experiments for injecting the threshold liquid on the pore model for the glass capillary and measuring rheological parameters of the threshold liquid; S3: performing the injection experiments on the porous media samples, namely, performing the threshold fluid injection experiments on the porous media samples and obtaining a characteristic curve Qv/∇P, where Qv represents volume flow rates obtained by the threshold fluid injection experiments on the porous media samples, and VP represents pressure gradients obtained by the threshold fluid injection experiments on the porous media samples; and S4: numerically inverting the characteristic curve and obtaining a pore size distribution curve.

[0016] Vorzugsweise umfasst der S1: S101: Öffnen des Nullstellventils, anschließende Kalibrierung des Differenzdrucksensors und Schließen des Nullstellventils nach der Kalibrierung; S102: Einspritzen der Schwellenflüssigkeit mit einer Spritze durch die Auslassöffnung in die Vorrichtung für die Experimente, um die Proben der porösen Medien zu sättigen und Luft in Poren in den Proben, in der stromaufwärts gelegenen Kammer und in der stromabwärts gelegenen Kammer abzusaugen, und Drücken des Freikolbens mit einer Absaugvorrichtung auf die Schwellenflüssigkeit, wenn die Vorrichtung für die Experimente mit der Schwellenflüssigkeit von der Auslassöffnung zum Flüssigkeit-Lagertank gesättigt ist; und S103: Einschalten der Vorrichtung für die Experimente zwei Stunden vor Verwendung, um Temperaturen von elektronischen Komponenten stabil zu halten.[0016] Preferably, S1 comprises: S101: opening the zeroing valve, then calibrating the differential pressure sensor and closing the zeroing valve after calibration; S102: injecting the threshold liquid with a syringe through the outlet port into the experimental device to saturate the samples of the porous media and to suck air in pores in the samples, in the upstream chamber and in the downstream chamber, and pushing the free piston with a suction device onto the threshold liquid when the experimental device is saturated with the threshold liquid from the outlet port to the liquid storage tank; and S103: turning on the experimental device two hours before use to keep temperatures of electronic components stable.

[0017] Im S2 werden die rheologischen Parameter der Schwellenflüssigkeit durch die Vorrichtung für die Experimente gemessen. [0017] In S2, the rheological parameters of the threshold liquid are measured by the device for the experiments.

[0018] Das Porenmodell für die Glaskapillare mit dem kalibrierten Durchmesser wird erstellt, auf einem Holzsubstrat geklebt und mit der Vorrichtung für die Experimente fixiert wird. Eine Kennlinie der Glaskapillare wird durch die Experimente zum Einspritzen gemessen, nach der Verarbeitung wird ein rheologisches Diagramm einer Flüssigkeit erhalten, und Viskositäten k und Fließfähigkeiten n werden durch lineare Regression des rheologischen Diagramms der Flüssigkeit nach einer Methode der kleinsten Quadrate erhalten; Formel 1: wobei Scherraten der Schwellenflüssigkeit, τ Schubspannungen der Schwellenflüssigkeit, QvVolumenströme, erhalten durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an dem Porenmodell für die Glaskapillare, VP Druckgradienten, erhalten durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an dem Porenmodell für die Glaskapillare, und r einen Kapillarradius darstellen. [0018] The pore model for the glass capillary with the calibrated diameter is prepared, glued on a wooden substrate and fixed with the device for the experiments. A characteristic curve of the glass capillary is measured by the experiments for injection, a rheological diagram of a liquid is obtained after processing, and viscosities k and fluidities n are obtained by linear regression of the rheological diagram of the liquid by a least squares method; Formula 1: where shear rates of the threshold liquid, τ shear stresses of the threshold liquid, Qv volume flow rates obtained by the experiments for injection of the threshold liquid on the pore model for the glass capillary, VP pressure gradients obtained by the experiments for injection of the threshold liquid on the pore model for the glass capillary, and r represents a capillary radius.

[0019] Ferner werden im S3 die Proben der porösen Medien in einer geeigneten Position in der Probenkammer fixiert und die Vierkantschrauben werden festgezogen, um die Dichtigkeit zu gewährleisten. die durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit erhaltenen Volumenströme sind eine diskrete Summe von Grundvolumenströmen und die Kennlinie Qv/∇P wird durch Polynominterpolation gefiltert, um Schwankungen, verursacht durch Fehler in den Experimenten zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit, zu verringern. [0019] Furthermore, in S3, the samples of the porous media are fixed in a suitable position in the sample chamber and the square screws are tightened to ensure tightness. The volume flow rates obtained by the threshold liquid injection experiments are a discrete sum of basic volume flow rates and the characteristic curve Qv/∇P is filtered by polynomial interpolation to reduce fluctuations caused by errors in the threshold liquid injection experiments.

[0020] Im S4 wird die Kennlinie Qv/∇P ferner durch eine folgende Berechnungsformel numerisch invertiert: Formel 2: wobei qv(r, ∇P) Grundvolumenströme der Schwellenflüssigkeit, fließend durch eine einzelne Pore, n Fließfähigkeiten der Schwellenflüssigkeit, k Viskositäten der Schwellenflüssigkeit, ∇P Druckgradienten in einer Porenrichtung, r Außenradien der Poren, und einen Grenzradius der Poren, wenn die Schwellenflüssigkeit in die Poren fließt, darstellen, wobei im Allgemeinen angenommen wird, dass die Schwellenflüssigkeit nur dann in den Poren fließt, wenn die Außenradien der Poren r ≥ R0, und τ0 stellt eine anfängliche Scherspannung der Schwellenflüssigkeit dar, wobei die anfängliche Scherspannung sich auf eine Schubspannung zum Beginn des Fließens der Schwellenflüssigkeit bezieht und numerisch gleich einer vertikalen Koordinate ist, wobei eine horizontale Koordinate im rheologischen Diagramm der Flüssigkeit 0 ist. Formel 3: wobei Qv(∇P) gesamte Volumenströme der Schwellenflüssigkeit, fließend durch die porösen Medien, darstellt, ∞ und R0einen Außenradius einer maximalen Pore bzw. einen Außenradius einer minimalen Pore darstellen, durch die die Schwellenflüssigkeit fließt, darstellen, wobei die gesamten Volumenströme eine Summe der mit Wahrscheinlichkeitsdichten p(r) gewichteten Grundvolumenströme sind, und dr Differentiale der Außenradien der Poren r darstellt. [0020] In S4, the characteristic curve Qv/∇P is further numerically inverted by a following calculation formula: Formula 2: where qv(r, ∇P) represent basic volume flows of the threshold liquid flowing through a single pore, n fluidities of the threshold liquid, k viscosities of the threshold liquid, ∇P pressure gradients in a pore direction, r outer radii of the pores, and a limit radius of the pores when the threshold liquid flows into the pores, generally assuming that the threshold liquid flows in the pores only when the outer radii of the pores are r ≥ R0, and τ0 represents an initial shear stress of the threshold liquid, the initial shear stress refers to a shear stress at the start of flow of the threshold liquid and is numerically equal to a vertical coordinate, a horizontal coordinate in the rheological diagram of the liquid is 0. Formula 3: where Qv(∇P) represents total volume flow rates of the threshold fluid flowing through the porous media, ∞ and R0 represent an outer radius of a maximum pore and an outer radius of a minimum pore through which the threshold fluid flows, respectively, the total volume flow rates are a sum of the basic volume flow rates weighted by probability densities p(r), and dr represents differentials of the outer radii of the pores r.

[0021] Die Formel 3 wird in eine Matrixform umgewandelt, um eine Formel 4 zu erhalten: Formel 4: wobei der tiefgestellte Index i Zeilen darstellt und der tiefgestellte Index j Spalten darstellt, und ein Variationsbereich der Druckgradienten und ein Variationsbereich der Außenradien der Poren vollständig entsprechen und gleichzeitig erfüllt sein, um eine Reversibilität einer Matrix qijzu gewährleisten. [0021] Formula 3 is converted into a matrix form to obtain Formula 4: Formula 4: where the subscript i represents rows and the subscript j represents columns, and a variation range of the pressure gradients and a variation range of the outer radii of the pores fully correspond and are simultaneously satisfied to ensure reversibility of a matrix qij.

[0022] Die Formel 4 wird in eine Formel 5 umgewandelt: Formel 5: eine Porengrößenverteilungsfunktion p(r) lässt sich aus der Formel 5 ableiten, und die Porengrößenverteilungskurve der Proben der porösen Medien wird erhalten. [0022] Formula 4 is converted into Formula 5: Formula 5: a pore size distribution function p(r) can be derived from Formula 5, and the pore size distribution curve of the samples of the porous media is obtained.

[0023] Die Ausführungsformen weisen die folgenden Vorteile auf. [0023] The embodiments have the following advantages.

[0024] Beim Verfahren zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen der porösen Medien durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit wird die Schwellenflüssigkeit in die Proben der porösen Medien eingespritzt, um die Kennlinie zu erhalten, und dann wird die Kennlinie numerisch invertiert, um die Porengrößenverteilungskurve zu erhalten, wodurch die Porengrößenverteilungen der porösen Medien effektiv bestimmt werden. Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft für die Forschung von Porengefügemerkmalen der porösen Medien, die Anwendung und die Entwicklung der porösen Medien. [0024] In the method of determining the pore size distributions of the porous media by the threshold liquid injection experiments, the threshold liquid is injected into the samples of the porous media to obtain the characteristic curve, and then the characteristic curve is numerically inverted to obtain the pore size distribution curve, thereby effectively determining the pore size distributions of the porous media. The present invention is advantageous for the research of pore structure characteristics of the porous media, the application and the development of the porous media.

[0025] Im Vergleich zum Stand der Technik haben die erfindungsgemäßen Ausführungsformen Vorteile, z. B. einen breiten Anwendungsbereich für die Proben, einen großen Messbereich für die Porengröße, niedrige Kosten, geringe Toxizität der Materialien und einen höheren Sicherheitsfaktor. [0025] Compared with the prior art, the embodiments of the invention have advantages such as a wide application range for the samples, a large measurement range for the pore size, low cost, low toxicity of the materials and a higher safety factor.

[0026] Es gibt viele Arten von Schwellenwertflüssigkeiten je nach den Probeneigenschaften oder einem Porengrößenbereich der porösen Medien, um Anforderungen der Experimente zu erfüllen. [0026] There are many types of threshold fluids depending on the sample properties or a pore size range of the porous media to meet experimental requirements.

Aufzählung der ZeichnungenList of drawings

[0027] Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung für Experimente der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ein Kennlinie-Diagramm von Experimenten zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit an einem Porenmodell für eine Glaskapillare in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 ein rheologisches Diagramm einer Schwellenflüssigkeit in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 ein Kennlinie-Diagramm von Experimenten zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit an Proben poröser Medien in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 ein Kennlinie-Diagramm von Experimenten zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit an Proben poröser Medien in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 6 ein Diagramm einer Porengrößenverteilungskurve von Proben poröser Medien in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Fig. 7 ein Flussdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.[0027] Fig. 1 is a schematic representation of the apparatus for experiments of the present invention; Fig. 2 is a characteristic diagram of experiments for injecting a threshold liquid on a pore model for a glass capillary in an embodiment of the present invention; Fig. 3 is a rheological diagram of a threshold liquid in an embodiment of the present invention; Fig. 4 is a characteristic diagram of experiments for injecting a threshold liquid on samples of porous media in an embodiment of the present invention; Fig. 5 is a characteristic diagram of experiments for injecting a threshold liquid on samples of porous media in an embodiment of the present invention; Fig. 6 is a diagram of a pore size distribution curve of samples of porous media in an embodiment of the present invention; and Fig. 7 is a flow chart of the method of the present invention.

Ausführung der ErfindungImplementation of the invention

[0028] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. [0028] Further details and advantages of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to particular embodiments, it will be apparent to one skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the present invention.

[0029] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen poröser Medien durch Experimente zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit, um eine Porengrößenverteilungskurve leicht und genau zu bestimmen. [0029] The object of the present invention is to provide a method and an apparatus for determining the pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid in order to easily and accurately determine a pore size distribution curve.

[0030] Wie in der Fig. 1 dargestellt, umfasst eine Vorrichtung zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen poröser Medien durch Experimente zum Einspritzen einer Schwellenflüssigkeit einen Kompressor 1, einen Flüssigkeit-Lagertank 2, eine stromaufwärts gelegene Kammer 3, eine Probenkammer 4, eine stromabwärts gelegene Kammer 5, einen Differenzdrucksensor 6 und eine Präzisionswaage 7. [0030] As shown in Fig. 1, an apparatus for determining pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid comprises a compressor 1, a liquid storage tank 2, an upstream chamber 3, a sample chamber 4, a downstream chamber 5, a differential pressure sensor 6 and a precision balance 7.

[0031] Der Kompressor 1 ist mit einem zweiten Druckregelventil 102, dem Flüssigkeit-Lagertank 2 und der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 über ein flexibles Rohr verbunden, und ein Abzweig mit einem ersten Druckregelventil 101 erstreckt sich von einem Verbindungsweg zwischen dem Kompressor 1 und dem zweiten Druckregelventil 102. [0031] The compressor 1 is connected to a second pressure regulating valve 102, the liquid storage tank 2 and the upstream chamber 3 via a flexible pipe, and a branch with a first pressure regulating valve 101 extends from a connection path between the compressor 1 and the second pressure regulating valve 102.

[0032] Der Flüssigkeit-Lagertank 2 ist mit einem Manometer 201 und einem Ablassventil 202 ausgestattet, und im Flüssigkeit-Lagertank 2 ist ein Freikolben 203 vorgesehen. [0032] The liquid storage tank 2 is equipped with a pressure gauge 201 and a drain valve 202, and a free piston 203 is provided in the liquid storage tank 2.

[0033] Die Probenkammer 4 ist zwischen der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 und der stromabwärts gelegenen Kammer 5 eingebettet und um die Probenkammer 4 herum sind Vierkantschrauben vorgesehen, um Dichtheit zu verbessern. [0033] The sample chamber 4 is embedded between the upstream chamber 3 and the downstream chamber 5, and square bolts are provided around the sample chamber 4 to improve tightness.

[0034] Insbesondere betragen Innendurchmesser der Probenkammer 4, der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 und der stromabwärts gelegenen Kammer 5 alle 550 mm. [0034] In particular, inner diameters of the sample chamber 4, the upstream chamber 3 and the downstream chamber 5 are all 550 mm.

[0035] Die stromabwärts gelegene Kammer 5 ist über ein horizontales flexibles Rohr mit einer Exportpalette 701 verbunden, um den Einfluss der Kapillarwirkung zu vermeiden; die Exportpalette 701 wird mit einer Kunststofffolie abgedeckt, um Verdunstung der Schwellenflüssigkeit zu verhindern, und auf die Präzisionswaage 7 gestellt. [0035] The downstream chamber 5 is connected to an export pallet 701 via a horizontal flexible pipe to avoid the influence of capillary action; the export pallet 701 is covered with a plastic film to prevent evaporation of the threshold liquid and placed on the precision balance 7.

[0036] Ein Hauptkörper des Differenzdrucksensors 6 ist vertikal in einem Gehäuse 601 angeordnet, und ein Spalt zwischen dem Gehäuse 601 und dem Differenzdrucksensor 6 ist mit Schaumstoff gefüllt, um eine Temperatur des Differenzdrucksensors 6 stabil zu halten; zwei Druckanschlüsse sind jeweils mit der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 und der stromabwärts gelegenen Kammer 5 verbunden, Druckmessstellen sind auf beiden Seiten der Probenkammer 4 in einem Abstand von 50 mm angeordnet, und zwei Druckmessleitungen sind mit einem Nullstellventil 602 verbunden. [0036] A main body of the differential pressure sensor 6 is vertically arranged in a housing 601, and a gap between the housing 601 and the differential pressure sensor 6 is filled with foam to keep a temperature of the differential pressure sensor 6 stable; two pressure ports are respectively connected to the upstream chamber 3 and the downstream chamber 5, pressure measuring points are arranged on both sides of the sample chamber 4 at a distance of 50 mm, and two pressure measuring lines are connected to a zero setting valve 602.

[0037] Ein Verfahren für die Experimente auf der Grundlage von der Vorrichtung zur Bestimmung der Porengrößenverteilungen umfasst folgende Schritte. [0037] A method for the experiments based on the device for determining the pore size distributions comprises the following steps.

[0038] In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schwellenflüssigkeit entsprechend einem rheologischen Modell Herschel-Bulkley, verwendet, nämlich eine zubereitete Mayonnaise, und der folgende Begriff „Schwellenflüssigkeit“ bezieht sich speziell auf diese zubereitete Mayonnaise. Als die Schwellenflüssigkeit wird eine Flüssigkeit bezeichnet, die nicht sofort fließt, wenn die Flüssigkeit einer äußeren Kraft ausgesetzt ist, sondern erst dann fließt, wenn die äußere Kraft bis zu einem gewissen Grad zunimmt, wie Bentonitlösung, Polypropylenlösung, verschiedene Emulsionen usw. Es ist nicht schwierig, eine den experimentellen Anforderungen entsprechende Schwellenflüssigkeit mit einer geringen Toxizität auszuwählen, und erfindungsgemäß hat die „zubereitete Mayonnaise“ die geringe Toxizität. [0038] In one embodiment of the present invention, a threshold liquid according to a Herschel-Bulkley rheological model, namely, a prepared mayonnaise, is used, and the following term "threshold liquid" specifically refers to this prepared mayonnaise. The threshold liquid refers to a liquid which does not flow immediately when the liquid is subjected to an external force, but flows only when the external force increases to a certain extent, such as bentonite solution, polypropylene solution, various emulsions, etc. It is not difficult to select a threshold liquid having a low toxicity that meets the experimental requirements, and according to the present invention, the "prepared mayonnaise" has the low toxicity.

[0039] S1: Kalibrierung, Befüllung und Starten der Vorrichtung für die Experimente: S101: Öffnen des Nullstellventils 602, Kalibrierung und Nullstellung des Differenzdrucksensors 6, und anschließendes Schließen des Nullstellventils 602; S102: Erstellung eines Porenmodell für eine Glaskapillare mit einem kalibrierten Durchmesser von D=1025 mm durch Bohrung, Kleben des Porenmodells für die Glaskapillare auf ein Holzsubstrat mit einem Durchmesser von 550 mm, Befestigen des Holzsubstrats in eine geeignete Position in der Probenkammer 4 und Festziehen der Vierkantschrauben, um die Dichtigkeit zu gewährleisten; Einspritzen der Schwellenflüssigkeit in die Vorrichtung für die Experimente durch eine Auslassöffnung mit einer Spritze, um die Glaskapillare zu sättigen und Luft in den Poren von Proben, in der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 und in der stromabwärts gelegenen Kammer 5 abzusaugen; und Drücken des Freikolbens 203, ausgestattet mit einer Absaugvorrichtung, auf die Schwellenflüssigkeit, wenn die gesamte Vorrichtung für die Experimente mit der Schwellenflüssigkeit von der Auslassöffnung zum Flüssigkeit-Lagertank 2 gesättigt ist; und S103: Einschalten der Vorrichtung für die Experimente zwei Stunden vor Verwendung, um Temperaturen von elektronischen Komponenten stabil zu halten.[0039] S1: Calibration, filling and starting of the device for experiments: S101: opening the zeroing valve 602, calibrating and zeroing the differential pressure sensor 6, and then closing the zeroing valve 602; S102: making a pore model for a glass capillary with a calibrated diameter of D=1025 mm by drilling, gluing the pore model for the glass capillary onto a wooden substrate with a diameter of 550 mm, fixing the wooden substrate in a suitable position in the sample chamber 4 and tightening the square screws to ensure tightness; injecting the threshold liquid into the device for experiments through an outlet port with a syringe to saturate the glass capillary and suck out air in the pores of samples, in the upstream chamber 3 and in the downstream chamber 5; and pressing the free piston 203 equipped with a suction device onto the threshold liquid when the entire apparatus for the experiments is saturated with the threshold liquid from the outlet port to the liquid storage tank 2; and S103: turning on the apparatus for the experiments two hours before use to keep temperatures of electronic components stable.

[0040] S2: Messung von rheologischen Parametern der Schwellenflüssigkeit: S201: Starten des Kompressors 1, Schließen des ersten Druckregelventils 101, Öffnen des zweiten Druckregelventils 102 und Schließen des Auslassventils 202, wobei in einem Zeitraum 0 < t < 200 Sekunden (s) der Druck ansteigt, und Schließen des zweiten Druckregelventils 102 bei t = 200 s, wobei der Druck exponentiell abfällt; S202: Aufzeichnung von Massenströmen und Druckgradienten synchron und schnell, wenn t > 200 s, und Erhalten einer Einspritzkurve der Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an dem Porenmodell für die Glaskapillare (Kennlinie Qv/∇P) nach der Verarbeitung, wie in der Fig. 2 dargestellt; und S203: Berechnung der rheologischen Parameter der Schwellenflüssigkeit mit einer folgenden Formel: Formel 1: wobei Scherraten der Schwellenflüssigkeit, τ Schubspannungen der Schwellenflüssigkeit, Qvdie Volumenströme, erhalten durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit, ∇P die Druckgradienten, erhalten durch die Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit, und r einen Kapillarradius darstellen. [0040] S2: Measurement of rheological parameters of the threshold liquid: S201: Starting the compressor 1, closing the first pressure control valve 101, opening the second pressure control valve 102 and closing the outlet valve 202, increasing the pressure in a period 0 < t < 200 seconds (s), and closing the second pressure control valve 102 at t = 200 s, decreasing the pressure exponentially; S202: Recording mass flows and pressure gradients synchronously and rapidly when t > 200 s, and obtaining an injection curve of the experiments for injecting the threshold liquid on the pore model for the glass capillary (characteristic curve Qv/∇P) after processing, as shown in Fig. 2; and S203: Calculating the rheological parameters of the threshold fluid using a formula: Formula 1: where are shear rates of the threshold fluid, τ are shear stresses of the threshold fluid, Qv are the volume flow rates obtained from the threshold fluid injection experiments, ∇P are the pressure gradients obtained from the threshold fluid injection experiments, and r is a capillary radius.

[0041] Ein rheologisches Diagramm der Schwellenflüssigkeit wird mit der Formel 1 erstellt, nämlich die Fig. 3. [0041] A rheological diagram of the threshold liquid is prepared using formula 1, namely Fig. 3.

[0042] Viskositäten k und Fließfähigkeiten n werden durch lineare Regression des rheologischen Diagramms der Schwellenflüssigkeit nach einer Methode der kleinsten Quadrate erhalten. [0042] Viscosities k and fluidities n are obtained by linear regression of the rheological diagram of the threshold liquid using a least squares method.

[0043] In der Ausführungsform ist die Schwellenspannung τ0= 42.5Pa, die Viskosität k = 2.6Pa · s<n>und die Fließfähigkeit n = 0.850 . [0043] In the embodiment, the threshold stress τ0 = 42.5Pa, the viscosity k = 2.6Pa · s<n> and the flowability n = 0.850.

[0044] S3: Durchführung der Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an Proben der porösen Medien, um eine Kennlinie Qv/∇P zu erhalten: erfindungsgemäß sind die Proben der porösen Medien Proben von gesintertem Polyethylen mit einem Durchmesser 550 mm, das aus zufällig angeordneten Partikeln besteht; S301: Öffnen des Nullstellventils 602, Kalibrierung und Nullstellung des Differenzdrucksensors 6, und anschließendes Schließen des Nullstellventils 602; S302: Befestigen der Proben vom gesinterten Polyethylen in die geeignete Position in der Probenkammer 4 und Festziehen der Vierkantschrauben, um die Dichtigkeit zu gewährleisten; S303: Einspritzen der Schwellenflüssigkeit in die gesamte Vorrichtung für die Experimente durch die Auslassöffnung mit der Spritze, um Poren der Proben vom gesinterten Polyethylen zu sättigen und Luft in den Poren, in der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 und in der stromabwärts gelegenen Kammer 5 abzusaugen; und Drücken des Freikolbens 203, ausgestattet mit der Absaugvorrichtung, auf die Schwellenflüssigkeit, wenn die gesamte Vorrichtung für die Experimente mit der Schwellenflüssigkeit von der Auslassöffnung zum Flüssigkeit-Lagertank 2 gesättigt ist; und S304: Starten des Kompressors 1, Schließen des ersten Druckregelventils 101, Öffnen des zweiten Druckregelventils 102 und Schließen des Auslassventils 202, wobei in dem Zeitraum 0 < t < 200 s der Druck ansteigt, und Schließen des zweiten Druckregelventils 102 bei t = 200 s, wobei der Druck exponentiell abfällt. S305: Aufzeichnung der Massenströmen und der Druckgradienten synchron und schnell, wenn t > 200 s, und Erhalten einer Einspritzkurve der Experimente zum Einspritzen der Schwellenflüssigkeit an den Proben der porösen Medien (Kennlinie Qv/∇P) nach der Filterung durch Polynominterpolation der Ordnung 12, wie in der Fig. 4 und der Fig. 5 dargestellt.[0044] S3: Carrying out the experiments for injecting the threshold liquid on samples of the porous media to obtain a characteristic curve Qv/∇P: according to the invention, the samples of the porous media are samples of sintered polyethylene with a diameter of 550 mm consisting of randomly arranged particles; S301: Opening the zeroing valve 602, calibrating and zeroing the differential pressure sensor 6, and then closing the zeroing valve 602; S302: Fixing the samples of sintered polyethylene in the appropriate position in the sample chamber 4 and tightening the square screws to ensure tightness; S303: Injecting the threshold liquid into the entire device for the experiments through the outlet opening with the syringe to saturate pores of the samples of sintered polyethylene and to suck out air in the pores, in the upstream chamber 3 and in the downstream chamber 5; and pressing the free piston 203 equipped with the suction device onto the threshold liquid when the entire device for the experiments is saturated with the threshold liquid from the outlet port to the liquid storage tank 2; and S304: starting the compressor 1, closing the first pressure regulating valve 101, opening the second pressure regulating valve 102 and closing the outlet valve 202, wherein in the period 0 < t < 200 s the pressure increases, and closing the second pressure regulating valve 102 at t = 200 s, wherein the pressure decreases exponentially. S305: Recording the mass flows and the pressure gradients synchronously and rapidly when t > 200 s and obtaining an injection curve of the experiments for injecting the threshold liquid on the samples of the porous media (characteristic curve Qv/∇P) after filtering by polynomial interpolation of order 12, as shown in Fig. 4 and Fig. 5.

[0045] S4: Numerische Inversion der Kennlinie und Erhalten einer Porengrößenverteilungskurve. Formel 2: wobei qv(r, ∇P) Grundvolumenströme der Schwellenflüssigkeit, fließend durch eine einzelne Pore, n Fließfähigkeiten der Schwellenflüssigkeit, k Viskositäten der Schwellenflüssigkeit, ∇P Druckgradienten in einer Porenrichtung, r Außenradien der Poren, und einen Grenzradius der Poren, wenn die Schwellenflüssigkeit in die Poren fließt, darstellen, wobei im Allgemeinen angenommen wird, dass die Schwellenflüssigkeit nur dann in den Poren fließt, wenn die Außenradien der Poren r ≥ R0. [0045] S4: Numerical inversion of the characteristic curve and obtaining a pore size distribution curve. Formula 2: where qv(r, ∇P) represent basic volume flow rates of the threshold liquid flowing through a single pore, n fluidities of the threshold liquid, k viscosities of the threshold liquid, ∇P pressure gradients in a pore direction, r outer radii of the pores, and a limit radius of the pores when the threshold liquid flows into the pores, generally assuming that the threshold liquid flows in the pores only when the outer radii of the pores are r ≥ R0.

[0046] Nur in sehr seltenen Fällen sind r und R0gleich und Ergebnisse von Formel 3 werden nicht beeinflussen. [0046] Only in very rare cases r and R0 are equal and results of formula 3 will not be affected.

[0047] Im Allgemeinen entsprechen Porengrößen der porösen Medien einer bestimmten Verteilung, die groß oder klein ist. Die Erfindung erkennt die meisten Fälle, in denen die Außenradien der Poren der porösen Medien r ≥ R0Grenzradius der Poren der Flüssigkeit. In einigen wenigen Fällen, in denen r = R0, hat nur die Berechnung der Volumenströme durch die einzelne Pore keine mathematische Bedeutung, und das Ergebnis ist 0, aber die Schwellenflüssigkeit fließt trotzdem in den Poren, was keinen Einfluss auf das Integralergebnis der Grundvolumenströme der porösen Medien in Formel 3 hat und als endlicher Unstetigkeitspunkt des Integrals betrachtet werden kann. τ0 stellt eine anfängliche Scherspannung der Schwellenflüssigkeit dar, wobei die Schwellenflüssigkeit bezieht sich auf eine Flüssigkeit, die nicht sofort fließt, wenn die Flüssigkeit der äußeren Kraft ausgesetzt sind, sondern erst dann fließt, wenn die äußere Kraft bis zum gewissen Grad zunimmt; und die anfängliche Scherspannung bezieht sich auf eine Schubspannung zu Beginn des Fließens der Schwellenflüssigkeit, und ist numerisch gleich einer vertikalen Koordinate, wobei eine horizontale Koordinate im rheologischen Diagramm der Flüssigkeit 0 ist (wie in der Fig. 3 dargestellt). Formel 3: wobei Qv(∇P) gesamte Volumenströme der Schwellenflüssigkeit, fließend durch die porösen Medien, darstellt, ∞ und R0einen Außenradius einer maximalen Pore bzw. einen Außenradius einer minimalen Pore darstellen, durch die die Schwellenflüssigkeit fließt, darstellen, wobei die gesamten Volumenströme eine Summe der mit Wahrscheinlichkeitsdichten p(r) gewichteten Grundvolumenströme sind, und dr Differentiale der Außenradien der Poren r darstellt. [0047] In general, pore sizes of the porous media correspond to a certain distribution, which is large or small. The invention recognizes most cases where the outer radii of the pores of the porous media r ≥ R0 limiting radius of the pores of the liquid. In a few cases where r = R0, only the calculation of the volume flow through the single pore has no mathematical meaning, and the result is 0, but the threshold liquid still flows in the pores, which has no influence on the integral result of the basic volume flow of the porous media in formula 3 and can be considered as a finite discontinuity point of the integral. τ0 represents an initial shear stress of the threshold liquid, where the threshold liquid refers to a liquid that does not flow immediately when the liquid is subjected to the external force, but only flows when the external force increases to a certain extent; and the initial shear stress refers to a shear stress at the beginning of flow of the threshold fluid, and is numerically equal to a vertical coordinate, where a horizontal coordinate in the rheological diagram of the fluid is 0 (as shown in Fig. 3). Formula 3: where Qv(∇P) represents total volume flow rates of the threshold fluid flowing through the porous media, ∞ and R0 represent an outer radius of a maximum pore and an outer radius of a minimum pore through which the threshold fluid flows, respectively, the total volume flow rates are a sum of the basic volume flow rates weighted by probability densities p(r), and dr represents differentials of the outer radii of the pores r.

[0048] Die Formel 3 wird in eine folgende Matrixform umgewandelt, um eine Formel 4 zu erhalten. Formel 4: wobei der tiefgestellte Index i Zeilen darstellt und der tiefgestellte Index j Spalten darstellt, und ein Variationsbereich der Druckgradienten und ein Variationsbereich der Außenradien der Poren vollständig entsprechen und gleichzeitig erfüllt sein, um eine Reversibilität einer Matrix qijzu gewährleisten. [0048] The formula 3 is converted into a following matrix form to obtain a formula 4. Formula 4: where the subscript i represents rows and the subscript j represents columns, and a variation range of the pressure gradients and a variation range of the outer radii of the pores completely correspond and are simultaneously satisfied to ensure reversibility of a matrix qij.

[0049] Die Formel 4 wird in die folgende Formel 5 umgewandelt. Formel 5: [0049] Formula 4 is converted into the following formula 5. Formula 5:

[0050] Eine Porengrößenverteilungsfunktion p(r) lässt sich aus der Formel 5 ableiten, und weiter wird die Porengrößenverteilungskurve vom gesinterten Polyethylen erhalten, wie in Fig. 6 dargestellt. [0050] A pore size distribution function p(r) can be derived from Formula 5, and further the pore size distribution curve of the sintered polyethylene is obtained as shown in Fig. 6.

[0051] Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, begrenzt durch die Besonderheiten der Schwellenflüssigkeit (zubereitete Mayonnaise) in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ist die Messung der Poren mit Außenradien kleiner als der Grenzradius nicht genau genug, was ebenfalls die Anwendbarkeit der Beschränkungsbedingung in Beziehung 2 bestätigt. [0051] As can be seen from Fig. 6, limited by the peculiarities of the threshold liquid (prepared mayonnaise) in the embodiments of the present invention, the measurement of the pores with outer radii smaller than the limit radius is not accurate enough, which also confirms the applicability of the constraint condition in relation 2.

[0052] Diese Einschränkung sollte jedoch nicht als die Einschränkung der Erfindung angesehen werden, und der Messbereich kann auf einen kleineren Porenradius erweitert werden, indem die Schwellenwertflüssigkeit des Nano-Emulsionstyps für Experimente ausgewählt wird. Dementsprechend können verschiedene Schwellenwertflüssigkeiten ausgewählt werden, um verschiedene experimentelle Anforderungen zu erfüllen, und die Flexibilität und Anwendbarkeit der Erfindung sind unvergleichlich mit dem Stand der Technik. [0052] However, this limitation should not be regarded as the limitation of the invention, and the measurement range can be extended to a smaller pore radius by selecting the nano-emulsion type threshold liquid for experiments. Accordingly, various threshold liquids can be selected to meet various experimental requirements, and the flexibility and applicability of the invention are incomparable with the prior art.

[0053] Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. [0053] The above-described embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

BezugszeichenReference symbols

[0054] 1 Kompressor 101 erstes Druckregelventil 102 zweites Druckregelventil 2 Flüssigkeit-Lagertank 201 Manometer 202 Ablassventil 203 Freikolben 3 stromaufwärts gelegene Kammer 5 stromabwärts gelegene Kammer 4 Probenkammer 6 Differenzdrucksensor 601 Gehäuse 602 Nullstellventil 7 Präzisionswaage 701 Exportpalette [0054] 1 compressor 101 first pressure control valve 102 second pressure control valve 2 liquid storage tank 201 pressure gauge 202 drain valve 203 free piston 3 upstream chamber 5 downstream chamber 4 sample chamber 6 differential pressure sensor 601 housing 602 zero setting valve 7 precision balance 701 export pallet

Claims

1. Method for determining pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid, characterized in that the method comprises the following steps: S1: Calibration, filling and starting of a device for the experiments; S2: Creation of a pore model for a glass capillary with a calibrated diameter, carrying out the experiments for injecting the threshold liquid on the pore model for the glass capillary and measuring rheological parameters of the threshold liquid; S3: Carrying out the experiments for injecting the threshold liquid on samples of the porous media and obtaining a characteristic curve Qv/∇P, where Qv represents volume flows obtained by the experiments for injecting the threshold liquid on the samples of the porous media, and VP represents pressure gradients obtained by the experiments for injecting the threshold liquid on the samples of the porous media; and S4: numerical inversion of the characteristic curve and obtaining a pore size distribution curve.

2. A method for determining pore size distributions of porous media by the experiments for injecting the threshold liquid according to claim 1, characterized in that the device for the experiments comprises a compressor (1), a liquid storage tank (2) with a free piston (203), an upstream chamber (3), a sample chamber (4), a downstream chamber (5) with an outlet opening, and a precision balance (7) connected in series, and a differential pressure sensor (6) with a zeroing valve (602), pressure ports of the differential pressure sensor (6) being connected to the upstream chamber (3) and the downstream chamber (5), respectively; the S1 comprises: S101: opening the zeroing valve (602), subsequent calibration of the differential pressure sensor (6) and closing the zeroing valve (602) after calibration; S102: Injecting the threshold liquid with a syringe through the outlet port into the entire apparatus for experiments to saturate the samples of the porous media and exhaust air in pores of the samples, in the upstream chamber (3) and in the downstream chamber (5), and pressing the free piston (203) on the threshold liquid when the entire apparatus for experiments is saturated with the threshold liquid from the outlet port to the liquid storage tank (2); and S103: Turning on the apparatus for experiments two hours before use to keep temperatures of electronic components stable.

3. A method for determining pore size distributions of porous media by the threshold liquid injection experiments according to claim 2, characterized in that in S2, the pore model for the glass capillary with the calibrated diameter is prepared and fixed with the device for the experiments, a characteristic curve of the glass capillary is measured by the injection experiments, a rheological diagram of a liquid after processing is obtained, and viscosities k and flowabilities n are obtained by linear regression of the rheological diagram of the liquid by a least squares method; Formula 1: where shear rates of the threshold liquid, τ shear stresses of the threshold liquid, Qv volume flow rates obtained by the threshold liquid injection experiments on the pore model for the glass capillary, ∇P pressure gradients obtained by the threshold liquid injection experiments on the pore model for the glass capillary, and r represents a capillary radius.

4. A method for determining pore size distributions of porous media by threshold liquid injection experiments according to claim 1, characterized in that in S3 the volume flow rates obtained by the threshold liquid injection experiments on the samples of porous media are a discrete sum of basic volume flow rates, and the characteristic curve Qv/∇P is filtered by polynomial interpolation to reduce fluctuations caused by errors in the threshold liquid injection experiments.

5. A method for determining pore size distributions of porous media by the experiments for injecting the threshold liquid according to claim 1, characterized in that in S4, the characteristic curve Qv/∇P is numerically inverted by a following calculation formula: Formula 2: where qv(r,∇P) represent basic volume flows of the threshold liquid flowing through a single pore, n flowabilities of the threshold liquid, k viscosities of the threshold liquid, ∇P pressure gradients in a pore direction, r outer radii of the pores, and a limit radius of the pores when the threshold liquid can flow into the pores, it being generally assumed that the threshold liquid flows in the pores only when the outer radii of the pores are r ≥ R0; Formula 3: where Qv(∇P) represents total volume flows of the threshold fluid flowing through the porous media, ∞ and R0 represent an outer radius of a maximum pore and an outer radius of a minimum pore through which the threshold fluid flows, respectively, the total volume flows are a sum of the basic volume flows weighted by probability densities p(r), and dr represents differentials of the outer radii of the pores r; Formula 3 is converted into a matrix form to obtain Formula 4; Formula 4: where the subscript i represents rows and the subscript j represents columns, and a range of variation of the pressure gradients and a range of variation of the outer radii of the pores fully correspond and are satisfied to ensure reversibility of a matrix qij; Formula 4 is converted into Formula 5: Formula 5: a pore size distribution function p(r) can be derived from Formula 5, and then the pore size distribution curve of the porous media samples is obtained.

6. A method for determining the pore size distributions of the porous media by the threshold liquid injection experiments according to claim 1, characterized in that the threshold liquid corresponds to a Herschel-Bulkley rheological model.

7. Apparatus for determining pore size distributions of porous media by experiments for injecting a threshold liquid, characterized in that the apparatus comprises a compressor (1), a liquid storage tank (2), an upstream chamber (3), a sample chamber (4), a downstream chamber (5) and a precision balance (7) connected in series, and a differential pressure sensor (6), pressure connections of the differential pressure sensor (6) being connected to the upstream chamber (3) and the downstream chamber (5), respectively.

8. An apparatus for determining pore size distributions of porous media by the experiments for injecting the threshold liquid according to claim 7, characterized in that the compressor (1), the liquid storage tank (2) and the upstream chamber (3) are connected in sequence via a flexible pipe, a second pressure regulating valve (102) is arranged between the compressor (1) and the liquid storage tank (2), and a branch with a first pressure regulating valve (101) extends from a connecting path between the compressor (1) and the second pressure regulating valve (102); the liquid storage tank (2) is equipped with a pressure gauge (201) and/or a drain valve (202), and a free piston (203) is provided in the liquid storage tank (2); the sample chamber (4) is embedded between the upstream chamber (3) and the downstream chamber (5), and screws are provided around the sample chamber (4) to improve tightness; the downstream chamber (5) is connected to an export pallet (701) via a horizontal flexible pipe, and the export pallet (701) is covered with a plastic film and placed on the precision balance (7); a main body of the differential pressure sensor (6) is vertically arranged in a housing (601), a gap between the housing (601) and the differential pressure sensor (6) is filled with foam to keep a temperature of the differential pressure sensor (6) stable, two pressure ports are respectively connected to the upstream chamber (3) and the downstream chamber (5), pressure measuring points are arranged on both sides of the sample chamber (4), and two pressure measuring lines are connected to the zeroing valve (602).

9. An apparatus for determining pore size distributions of porous media by the threshold liquid injection experiments according to claim 7, characterized in that inner diameters of the sample chamber (4), the upstream chamber (3) and the downstream chamber (5) are all 550 millimeters.