Kigeuzi cha Upenyezaji
Kigeuzi cha Upenyezaji
Badilisha kati ya aina 4 tofauti za vipimo vya upenyezaji kwa usahihi wa kisayansi. Upenyezaji wa sumaku (H/m), kimiminika (darcy), gesi (barrer), na mvuke (perm) hupima sifa tofauti za kimsingi za kifizikia na haziwezi kubadilishwa kati ya aina.
Upenyezaji ni nini?
Upenyezaji hupima jinsi kitu kinavyopita kwa urahisi kwenye kifaa, lakini ufafanuzi huu rahisi huficha ukweli muhimu: kuna aina NNE tofauti kabisa za upenyezaji katika fizikia na uhandisi, kila moja ikipima kiasi tofauti cha kifizikia.
Aina Nne za Upenyezaji
Upenyezaji wa Sumaku (μ)
Hupima jinsi mtiririko wa sumaku unavyopita kwa urahisi kwenye kifaa. Huhusisha msongamano wa mtiririko wa sumaku (B) na nguvu ya uga wa sumaku (H).
Vitengo: H/m, μH/m, nH/m, upenyezaji linganishi (μᵣ)
Fomula: B = μ × H
Matumizi: Sumaku-umeme, transfoma, kinga ya sumaku, viindukta, mashine za MRI
Mifano: Ombwe (μᵣ = 1), Chuma (μᵣ = 5,000), Permalloy (μᵣ = 100,000)
Upenyezaji wa Kimiminika (k)
Hupima jinsi vimiminika (mafuta, maji, gesi) vinavyotiririka kwa urahisi kupitia vyombo vyenye vinyweleo kama mwamba au udongo. Muhimu kwa uhandisi wa petroli.
Vitengo: darcy (D), millidarcy (mD), nanodarcy (nD), m²
Fomula: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Matumizi: Hifadhi za mafuta/gesi, mtiririko wa maji chini ya ardhi, mifereji ya udongo, utambuzi wa miamba
Mifano: Shale (1-100 nD), Mchanga (10-1000 mD), Changarawe (>10 D)
Upenyezaji wa Gesi (P)
Hupima jinsi gesi maalum zinavyopita haraka kupitia polima, utando, au vifaa vya ufungaji. Hutumika katika ufungaji na sayansi ya utando.
Vitengo: barrer, GPU (kitengo cha upenyezaji wa gesi), mol·m/(s·m²·Pa)
Fomula: P = (N × L) / (A × Δp × t)
Matumizi: Ufungaji wa chakula, utando wa kutenganisha gesi, mipako ya kinga, suti za angani
Mifano: HDPE (0.5 barrer kwa O₂), Mpira wa silikoni (600 barrer kwa O₂)
Upenyezaji wa Mvuke wa Maji
Hupima kiwango cha upitishaji wa unyevu kupitia vifaa vya ujenzi, vitambaa, au vifungashio. Muhimu kwa udhibiti wa unyevu na sayansi ya ujenzi.
Vitengo: perm, perm-inch, g/(Pa·s·m²)
Fomula: WVTR = upenyezaji × tofauti ya shinikizo la mvuke
Matumizi: Vizuizi vya mvuke vya ujenzi, vitambaa vinavyopumua, usimamizi wa unyevu, ufungaji
Mifano: Polyethilini (0.06 perm), Plywood (0.7 perm), Ukuta kavu usiopakwa rangi (20-50 perm)
Mambo ya Haraka
Haiwezi Kubadilishwa Kati ya Aina
Upenyezaji wa sumaku (H/m) ≠ Upenyezaji wa kimiminika (darcy) ≠ Upenyezaji wa gesi (barrer) ≠ Upenyezaji wa mvuke (perm). Hizi hupima fizikia tofauti!
Masafa Makubwa
Upenyezaji wa kimiminika unaenea kwa viwango 21 vya ukubwa: kutoka shale ngumu (10⁻⁹ darcy) hadi changarawe (10¹² darcy)
Utata wa Jina la Kitengo
Neno 'upenyezaji' hutumika kwa aina zote nne, lakini ni kiasi tofauti kabisa. Daima taja ni aina gani!
Maalum kwa Nyenzo
Upenyezaji wa gesi hutegemea ZOTE mbili nyenzo NA aina ya gesi. Upenyezaji wa oksijeni ≠ upenyezaji wa nitrojeni kwa nyenzo sawa!
Upenyezaji wa Sumaku (μ)
Upenyezaji wa sumaku unaelezea jinsi nyenzo inavyoitikia uga wa sumaku. Ni uwiano wa msongamano wa mtiririko wa sumaku (B) na nguvu ya uga wa sumaku (H).
Fomula: B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = msongamano wa mtiririko wa sumaku (T), H = nguvu ya uga wa sumaku (A/m), μ = upenyezaji (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (nafasi huru), μᵣ = upenyezaji linganishi (bila kipimo)
Makundi ya Nyenzo
| Aina | Upenyezaji Linganishi | Mifano |
|---|---|---|
| Dayamagnetiki | μᵣ < 1 | Bismuti (0.999834), Shaba (0.999994), Maji (0.999991) |
| Paramagnetiki | 1 < μᵣ < 1.01 | Alumini (1.000022), Platini (1.000265), Hewa (1.0000004) |
| Ferromagnetiki | μᵣ >> 1 | Chuma (5,000), Nikeli (600), Permalloy (100,000) |
Upenyezaji wa Kimiminika (Darcy)
Upenyezaji wa kimiminika hupima jinsi vimiminika vinavyotiririka kwa urahisi kupitia mwamba wenye vinyweleo au udongo. Darcy ni kitengo cha kawaida katika uhandisi wa petroli.
Fomula: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = kiwango cha mtiririko (m³/s), k = upenyezaji (m²), A = eneo la msalaba (m²), ΔP = tofauti ya shinikizo (Pa), μ = mnato wa kimiminika (Pa·s), L = urefu (m)
Darcy ni nini?
1 darcy ni upenyezaji unaoruhusu cm³/s 1 ya kimiminika (mnato wa centipoise 1) kutiririka kupitia eneo la msalaba la cm² 1 chini ya mteremko wa shinikizo wa atm/cm 1.
Sawa na SI: 1 darcy = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
Masafa ya uwezekano wa kupitisha katika uhandisi wa petroli
| Jamii | Uwezekano wa kupitisha | Maelezo | Mifano: |
|---|---|---|---|
| Ngumu sana (Shale) | 1-100 nanodarcy (nD) | Inahitaji uvunjaji wa majimaji kwa uzalishaji wa kiuchumi | Shale ya Bakken, shale ya Marcellus, shale ya Eagle Ford |
| Gesi/Mafuta Ngumu | 0.001-1 millidarcy (mD) | Ni changamoto kuzalisha, inahitaji msisimko | Miamba ya mchanga migumu, baadhi ya kabonati |
| Hifadhi ya Kawaida | 1-1000 millidarcy | Uzalishaji mzuri wa mafuta/gesi | Hifadhi nyingi za kibiashara za mchanga na kabonati |
| Hifadhi Bora | 1-10 darcy | Uzalishaji bora sana | Miamba ya mchanga ya hali ya juu, kabonati zilizovunjika |
| Upenyezaji wa Juu Sana | > 10 darcy | Viwango vya juu sana vya mtiririko | Changarawe, mchanga mwembamba, mwamba uliovunjika sana |
Upenyezaji wa Gesi (Barrer)
Upenyezaji wa gesi hupima jinsi gesi maalum zinavyopita haraka kupitia polima na utando. Barrer ni kitengo cha kawaida, kilichopewa jina la mwanafizikia Richard Barrer.
Fomula: P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = upenyezaji (barrer), N = kiasi cha gesi kilichopitishwa (cm³ kwa STP), L = unene wa nyenzo (cm), A = eneo (cm²), Δp = tofauti ya shinikizo (cmHg), t = muda (s)
Barrer ni nini?
1 barrer = 10⁻¹⁰ cm³(STP)·cm/(s·cm²·cmHg). Hii hupima ujazo wa gesi (katika halijoto na shinikizo la kawaida) unaopenya kupitia unene wa kitengo kwa eneo la kitengo kwa muda wa kitengo kwa tofauti ya shinikizo ya kitengo.
Vitengo mbadala: 1 barrer = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
Mfano: Mpira wa silikoni: H₂ (550 barrer), O₂ (600 barrer), N₂ (280 barrer), CO₂ (3200 barrer)
Matumizi
| Sehemu | Matumizi | Mifano |
|---|---|---|
| Ufungaji wa Chakula | Upenyezaji mdogo wa O₂ huhifadhi ubichi | EVOH (0.05 barrer), PET (0.05-0.2 barrer) |
| Utenganishaji wa Gesi | Upenyezaji wa juu hutenganisha gesi (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | Mpira wa silikoni, polyimides |
| Ufungaji wa Kimatibabu | Filamu za kizuizi hulinda dhidi ya unyevu/oksijeni | Pakiti za malengelenge, chupa za dawa |
| Liningi za Tairi | Upenyezaji mdogo wa hewa hudumisha shinikizo | Mpira wa Halobutyl (30-40 barrer) |
Upenyezaji wa Mvuke wa Maji (Perm)
Upenyezaji wa mvuke wa maji hupima upitishaji wa unyevu kupitia vifaa. Ni muhimu kwa sayansi ya ujenzi, kuzuia ukungu, umande, na uharibifu wa muundo.
Fomula: WVTR = upenyezaji × (p₁ - p₂)
WVTR = kiwango cha upitishaji wa mvuke wa maji, upenyezaji = upenyezaji/unene, p₁, p₂ = shinikizo la mvuke kila upande
Perm ni nini?
US Perm: 1 perm (US) = 1 grain/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
Metric Perm: 1 perm (metric) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 perm-inch (US)
Kumbuka: Perm-inch inajumuisha unene; perm ni upenyezaji (tayari imegawanywa na unene)
Uainishaji wa vifaa vya ujenzi
| Jamii | Maelezo | Mifano: |
|---|---|---|
| Vizuizi vya Mvuke (< 0.1 perm) | Huzuia karibu upitishaji wote wa unyevu | Karatasi ya polyethilini (0.06 perm), karatasi ya alumini (0.0 perm), Ukuta wa vinyl (0.05 perm) |
| Vizuia Mvuke (0.1-1 perm) | Hupunguza kasi ya unyevu kwa kiasi kikubwa, lakini si kizuizi kamili | Rangi ya mafuta (0.3 perm), karatasi ya kraft (0.4 perm), plywood (0.7 perm) |
| Nusu-penyezaji (1-10 perm) | Huruhusu upitishaji wa unyevu fulani | Rangi ya mpira (1-5 perm), ubao wa OSB (2 perm), karatasi ya ujenzi (5 perm) |
| Penyevu (> 10 perm) | Huruhusu upitishaji wa unyevu kwa uhuru | Ukuta kavu usiopakwa rangi (20-50 perm), insulation ya fiberglass (>100 perm), kanga ya nyumba (>50 perm) |
Hali ya hewa ya baridi: Katika hali ya hewa baridi, vizuizi vya mvuke huwekwa upande wa joto (ndani) ili kuzuia unyevu wa ndani usigande kwenye nafasi za kuta baridi.
Hali ya hewa ya joto na unyevu: Katika hali ya hewa ya joto na unyevu, vizuizi vya mvuke vinapaswa kuwa nje AU kutumia kuta penyezi kuruhusu kukausha pande zote mbili.
Majedwali ya Ubadilishaji wa Haraka
Upenyezaji wa Sumaku
| Kutoka | Hadi |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (ombwe) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (ombwe) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (chuma) | 0.001257 H/m |
Upenyezaji wa Kimiminika (Darcy)
| Kutoka | Hadi |
|---|---|
| 1 darcy | 1,000 millidarcy (mD) |
| 1 darcy | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 millidarcy | 10⁻⁶ darcy |
| 1 nanodarcy | 10⁻⁹ darcy |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² darcy |
Upenyezaji wa Gesi
| Kutoka | Hadi |
|---|---|
| 1 barrer | 10,000 GPU |
| 1 barrer | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ barrer |
| 100 barrer | Kizuizi kizuri |
| > 1000 barrer | Kizuizi duni (upenyezaji wa juu) |
Upenyezaji wa Mvuke wa Maji
| Kutoka | Hadi |
|---|---|
| 1 perm (US) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 perm-inch | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 perm (metric) | 57.45 perm-inch (US) |
| < 0.1 perm | Kizuizi cha mvuke |
| > 10 perm | Penyevu kwa mvuke |
Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara
Je, ninaweza kubadilisha darcy kuwa barrer au perm?
Hapana! Hizi hupima sifa tofauti kabisa za kifizikia. Upenyezaji wa kimiminika (darcy), upenyezaji wa gesi (barrer), upenyezaji wa mvuke (perm), na upenyezaji wa sumaku (H/m) ni kiasi nne tofauti ambazo haziwezi kubadilishwa kati yao. Tumia kichujio cha kategoria katika kigeuzi.
Kwa nini upenyezaji wa gesi hutegemea gesi gani?
Gesi tofauti zina ukubwa tofauti wa molekuli na mwingiliano na vifaa. H₂ na He hupenya haraka kuliko O₂ au N₂. Daima taja gesi: 'upenyezaji wa O₂ = 0.5 barrer' sio tu 'upenyezaji = 0.5 barrer'.
Kuna tofauti gani kati ya perm na perm-inch?
Perm-inch ni upenyezaji (sifa ya nyenzo isiyotegemea unene). Perm ni upenyezaji (inategemea unene). Uhusiano: upenyezaji = upenyezaji/unene. Tumia perm-inch kulinganisha vifaa.
Wahandisi wa petroli hutumiaje darcy?
Upenyezaji wa hifadhi huamua viwango vya mtiririko wa mafuta/gesi. Hifadhi ya 100 mD inaweza kuzalisha mapipa 500/siku; hifadhi ya gesi ngumu ya 1 mD inahitaji uvunjaji wa majimaji. Miundo ya shale (1-100 nD) ni migumu sana.
Kwa nini upenyezaji linganishi (μᵣ) hauna kipimo?
Ni uwiano unaolinganisha upenyezaji wa nyenzo na upenyezaji wa ombwe (μ₀). Ili kupata upenyezaji kamili katika H/m: μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m. Kwa chuma (μᵣ = 5000), μ = 0.00628 H/m.
Je, upenyezaji wa juu daima ni mzuri?
Inategemea matumizi! Darcy ya juu ni nzuri kwa visima vya mafuta lakini mbaya kwa uzuiliaji. Barrer ya juu ni nzuri kwa vitambaa vinavyopumua lakini mbaya kwa ufungaji wa chakula. Zingatia lengo lako la kihandisi: kizuizi (chini) au mtiririko (juu).
Ni nini huamua uwekaji wa kizuizi cha mvuke cha jengo?
Hali ya hewa! Hali ya hewa baridi inahitaji vizuizi vya mvuke upande wa joto (ndani) ili kuzuia unyevu wa ndani usigande kwenye kuta baridi. Hali ya hewa ya joto na unyevu inahitaji vizuizi nje AU kuta penyezi kuruhusu kukausha pande zote mbili. Uwekaji usio sahihi husababisha ukungu na uozo.
Ni vifaa gani vina upenyezaji wa juu/chini zaidi?
Sumaku: Supermalloy (μᵣ~1M) dhidi ya ombwe (μᵣ=1). Kimiminika: Changarawe (>10 D) dhidi ya shale (1 nD). Gesi: Silikoni (3000+ barrer kwa CO₂) dhidi ya filamu za metali (0.001 barrer). Mvuke: Fiberglass (>100 perm) dhidi ya karatasi ya alumini (0 perm).
Saraka Kamili ya Zana
Zana zote 71 zinazopatikana kwenye UNITS