由於毛細管形狀複雜，流體在多孔介質中的流動不是沿直線前進，而是迂迴曲折地向前流動。迂曲度（tortuosity）就是反映這種迂迴曲折的程度。
基本介紹
- 中文名：迂曲度
- 外文名：tortuosity
- 定義：反映流體管道內迂迴流動的程度
- 作用：描述滲流通道的一個重要參數
- 適用：彎曲毛細管
- 學科：流體力學
介紹,性質,滲透率的關係,
介紹
有多種多孔介質比如土壤、砂岩、生物組織、器官、纖維、海洋、地殼、顆粒床和絕緣材料等，因此在多孔介質中的流動在許多領域被關注，例如水文地質中的滲透率、土壤科學、石油開採、地球物理、聚合體的合成、化學和傳熱工程等。這些巨觀的傳輸問題經常涉及到多孔介質的微觀結構，迂曲度是一個微觀參數，但它不僅是多孔介質微觀結構的特徵。彎曲管道的迂曲度通過廣義的哈根方程經常涉及到滲透率。
孔道迂曲度（tortuosity）是描述滲流通道的一個重要參數。迂曲度定義為滲流通道的實際長度與穿過滲流介質的視長度(巨觀距離)的比值（如圖1所示），即滲流流體質點穿越介質單位距離時，質點在孔道中運動軌跡的真實長度。
迂曲度常被定義為
式中：Lt是彎曲直線的長度；Lo是介質直線長度;然而，眾所周知，通過傳輸介質的彎曲孔道的微觀結構是非常複雜的如圖2所示，圖2是採用帶有染色劑的流體流過多孔介質時觀測到的彎曲流線圖，流動路徑具有隨機性和不規則的特徵。顯然，彎曲路徑微觀結構是很複雜的。準確測量迂曲度非常困難。
圖2
圖2性質
多孔介質里的物質輸運特性如滲透率、電導率和熱導率等通常與彎曲毛細管(流線、或電力錢、或熱流線)的迂曲度(tortuosity)有關。在工程中，可套用於計算滲流孔道的實際長度和孔道直徑以及對滲透率等物性參數進行必要的修正。另外，對於多孔材料的吸聲係數計算中，迂曲度也是一個重要參數。
滲透率的關係
滲透模型是一種測量流體傳導性的一種模型，傳導性描述的是流體通過多孔介質的水力學行為，並且滲透率體現了迂曲度在流體阻力中的作用。迂曲度越大通過多孔介質的阻力就越大，因此滲透率就越低，從此就可以看出迂曲度和滲透率相互影響。
現在研究單相飽和流體在多孔介質中的流動。假想在滿足分形分布的多孔介質內的孔隙為一束彎曲的孔道，孔道的半徑滿足分形分布。根據廣義的Hagen － Poiseulle方程，通過單位體積內的流量是
式中：q是通過單根管道的流量，n是單位面積內的管子的根數，A是截面的面積，
是單根管道的水利學半徑的平均值，μ是流體的粘滯係數，ΔP是壓強。
根據達西定律
K是滲透率，孔隙率
是孔隙體積和多孔介質的比值
由以上公式得到
平均孔隙直徑或平均毛細管半徑也可以利用“平均水力半徑”Rh來代替圓管的半徑r。
從上式看出迂曲度不僅是孔隙率的函式，還與顆粒的平均粒徑以及滲透率有關，迂曲度轉化為滲透率、孔隙率、粒徑等的函式，這些物理量都可用實驗測得，從而實現通過實驗來測定迂曲度。
