تعریف نفوذپذیری با توجه به قانون دارسی

تعریف نفوذپذیری با توجه به قانون دارسی:
نفوذپذیری، بخشی از ثابت تناسب در قانون دارسی است.

این قانون با دبی (نرخ جریان) خصوصیات فیزیکی سیال نظیر ویسکوزیته ارتباط دارد. برای یک گرادیان فشار اعمال شده بر محیط متخلخل داریم:

بنابراین:

• v: سرعت ظاهری جریان سیال در درون محیط مورد بررسی بر حسب متر بر ثانیه (m/s) (میانگین سرعت محاسبه شده در صورتی که سیال به عنوان تنها ماده موجود در محیط متخلخل در نظر گرفته شود).
• K: نفوذپذیری محیط بر حسب مترمربع (m2).
• μ: ویسکوزیته دینامیک سیال بر حسب پاسکال در ثانیه (Pa.s).
• ΔP: اختلاف فشار اعمال شده بر حسب پاسکال (Pa).
• Δx: ضخامت بستر محیط متخلخل بر حسب متر (m).

رابطه نفوذپذیری با هدایت هیدرولیکی:
ثابت تناسبِ جریان آب درون یک محیط متخلخل با عنوان «هدایت هیدرولیکی» (Hydraulic Conductivity) شناخته می شود.

نفوذپذیری، بخشی از هدایت هیدرولیکی و صرفاً یکی از ویژگی های محیط متخلخل است (نه سیال).

با داشتن مقدار هدایت هیدرولیکی برای یک سیستم زیرسطحی می توان میزان نفوذپذیری را به کمک رابطه زیر به دست آورد:

• k: نفوذپذیری بر حسب مترمربع (m2).
• K: هدایت هیدرولیکی بر حسب متر بر ثانیه (m/s).
• μ: ویسکوزیته دینامیک سیال بر حسب کیلوگرم بر متر در ثانیه (kg/m.s).
• ρ: چگالی سیال بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب (kg/m3).
• g: شتاب جاذبه بر حسب متر بر مجذور ثانیه (m/s2).

تعیین نفوذپذیری:
تعیین میزان نفوذپذیری معمولاً در آزمایشگاه و با استفاده از قانون دارسی در جریان دائم (پایا) یا به طور کلی تر، با به کارگیری معادله پخش برای جریان غیر دائم (ناپایدار) صورت می گیرد.

نفوذپذیری باید به صورت مستقیم (قانون دارسی) یا تقریبی (روابط تجربی) اندازه گیری شود اما برای برخی از مدل های ساده، امکان محاسبه آن نیز وجود دارد.

مدل نفوذپذیری مبتنی بر جریان مجرایی:
نفوذپذیری با توجه به «معادله هاگن-پویزل» (Hagen-Poiseuille Equation) برای جریان ویسکوز در یک لوله به صورت زیر تعریف می شود:

• kI: نفوذپذیری ذاتی بر حسب مجذور واحد طول.
• C: ثابت بی بعد مرتبط با پیکربندی مسیرهای جریان.
• d: قطر میانگین یا مؤثر حفره بر حسب واحد طول.

نفوذپذیری مطلق:
«نفوذپذیری مطلق» (Absolute Permeability)، میزان نفوذپذیری در محیط متخلخلی را نشان می دهد که توسط تنها یک نوع سیال به طور کامل (100%) اشباع شده است.

این ویژگی با عناوین دیگری نظیر «نفوذپذیری ذاتی» (Intrinsic Permeability) یا «نفوذپذیری ویژه» (Specific Permeability) نیز شناخته می شود.

این عناوین به کمیتی اشاره می کنند که مقدار نفوذپذیری آن به عنوان یکی از خواص شدتی محیط به حساب می آید و با میانگین گیری از یک بخش همگن از ماده تعیین نمی شود.

خواص شدتی صرفاً تابعی از ساختار ماده هستند.