Rigorous link between fluid permeability, electrical conductivity, and relaxation times for transport in porous media

物理 多孔介质 特征向量 磁导率 无量纲量 反向 电阻率和电导率 流体力学 机械 量子力学 多孔性 几何学 数学 生物 遗传学 工程类 岩土工程
作者
M. Avellaneda,Salvatore Torquato
出处
期刊:Physics of fluids [American Institute of Physics]
卷期号:3 (11): 2529-2540 被引量:226
标识
DOI:10.1063/1.858194
摘要

A rigorous expression is derived that relates exactly the static fluid permeability k for flow through porous media to the electrical formation factor F (inverse of the dimensionless effective conductivity) and an effective length parameter L, i.e., k=L2/8F. This length parameter involves a certain average of the eigenvalues of the Stokes operator and reflects information about electrical and momentum transport. From the exact relation for k, a rigorous upper bound follows in terms of the principal viscous relation time Θ1 (proportional to the inverse of the smallest eigenvalue): k≤νΘ1/F, where ν is the kinematic viscosity. It is also demonstrated that νΘ1≤DT1, where T1 is the diffusion relaxation time for the analogous scalar diffusion problem and D is the diffusion coefficient. Therefore, one also has the alternative bound k≤DT1/F. The latter expression relates the fluid permeability on the one hand to purely diffusional parameters on the other. Finally, using the exact relation for the permeability, a derivation of the approximate relation k≂Λ2/8F postulated by Johnson et al. [Phys. Rev. Lett. 57, 2564 (1986)] is given.

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