磁导率转换器
渗透率转换器
在 4 种不同类型的渗透率单位之间进行科学精确的转换。磁导率 (H/m)、流体渗透率 (darcy)、气体渗透率 (barrer) 和蒸汽渗透率 (perm) 测量的是根本不同的物理性质，不能在类型之间进行转换。
什么是渗透率？
渗透率测量某物穿过材料的难易程度，但这个简单的定义隐藏了一个关键事实：物理学和工程学中有四种完全不同类型的渗透率，每种都测量不同的物理量。
四种渗透率类型
磁导率 (μ)
测量磁通量穿过材料的难易程度。将磁通量密度 (B) 与磁场强度 (H) 联系起来。
单位： H/m, μH/m, nH/m, 相对磁导率 (μᵣ)
公式： B = μ × H
应用： 电磁铁、变压器、磁屏蔽、电感器、MRI 机器
示例： 真空 (μᵣ = 1), 铁 (μᵣ = 5,000), 坡莫合金 (μᵣ = 100,000)
流体渗透率 (k)
测量流体（油、水、气）流过多孔介质（如岩石或土壤）的难易程度。对石油工程至关重要。
单位： 达西 (D), 毫达西 (mD), 纳达西 (nD), m²
公式： Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
应用： 油气藏、地下水流动、土壤排水、岩石表征
示例： 页岩 (1-100 nD), 砂岩 (10-1000 mD), 砾石 (>10 D)
气体渗透率 (P)
测量特定气体穿过聚合物、薄膜或包装材料的传输速度。用于包装和薄膜科学。
单位： 巴勒 (barrer), GPU (气体渗透单位), mol·m/(s·m²·Pa)
公式： P = (N × L) / (A × Δp × t)
应用： 食品包装、气体分离膜、保护涂层、宇航服
示例： HDPE (对 O₂ 为 0.5 barrer), 硅橡胶 (对 O₂ 为 600 barrer)
水蒸汽渗透率
测量湿气穿过建筑材料、织物或包装的传输率。对湿气控制和建筑科学至关重要。
单位： perm, perm-inch, g/(Pa·s·m²)
公式： WVTR = 透湿性 × 蒸汽压差
应用： 建筑防潮层、透气织物、湿气管理、包装
示例： 聚乙烯 (0.06 perm), 胶合板 (0.7 perm), 未上漆的石膏板 (20-50 perm)
快速事实
类型之间不能转换
磁导率 (H/m) ≠ 流体渗透率 (darcy) ≠ 气体渗透率 (barrer) ≠ 蒸汽渗透率 (perm)。它们测量的是不同的物理现象！
极端范围
流体渗透率跨越 21 个数量级：从致密的页岩 (10⁻⁹ darcy) 到砾石 (10¹² darcy)
单位名称混淆
“渗透率”一词用于所有四种类型，但它们是完全不同的量。务必指明是哪一种类！
材料特定性
气体渗透率取决于材料和气体类型。对于同一种材料，氧气渗透率 ≠ 氮气渗透率！
磁导率 (μ)
磁导率描述材料如何响应磁场。它是磁通量密度 (B) 与磁场强度 (H) 的比率。
公式： B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = 磁通量密度 (T), H = 磁场强度 (A/m), μ = 磁导率 (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (自由空间), μᵣ = 相对磁导率 (无量纲)
材料类别
| 类型 | 相对磁导率 | 示例 |
|---|---|---|
| 抗磁性 | μᵣ < 1 | 铋 (0.999834), 铜 (0.999994), 水 (0.999991) |
| 顺磁性 | 1 < μᵣ < 1.01 | 铝 (1.000022), 铂 (1.000265), 空气 (1.0000004) |
| 铁磁性 | μᵣ >> 1 | 铁 (5,000), 镍 (600), 坡莫合金 (100,000) |
流体渗透率 (Darcy)
流体渗透率测量流体流过多孔岩石或土壤的难易程度。达西是石油工程中的标准单位。
公式： Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = 流量 (m³/s), k = 渗透率 (m²), A = 横截面积 (m²), ΔP = 压力差 (Pa), μ = 流体粘度 (Pa·s), L = 长度 (m)
什么是达西？
1 达西是允许 1 cm³/s 的流体（1 厘泊粘度）在 1 atm/cm 的压力梯度下流过 1 cm² 横截面的渗透率。
SI 等效值： 1 达西 = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
石油工程中的渗透率范围
| 类别 | 渗透率 | 描述 | 示例： |
|---|---|---|---|
| 超致密（页岩） | 1-100 纳达西 (nD) | 需要水力压裂才能进行经济开采 | 巴肯页岩、马塞勒斯页岩、鹰福特页岩 |
| 致密气/油 | 0.001-1 毫达西 (mD) | 开采困难，需要增产措施 | 致密砂岩、一些碳酸盐岩 |
| 常规储层 | 1-1000 毫达西 | 良好的油气产能 | 大多数商业砂岩和碳酸盐岩储层 |
| 优质储层 | 1-10 达西 | 优异的产能 | 高品质砂岩、裂缝性碳酸盐岩 |
| 极高渗透性 | > 10 达西 | 非常高的流速 | 砾石、粗砂、高度裂缝的岩石 |
气体渗透率 (Barrer)
气体渗透率测量特定气体穿过聚合物和薄膜的传输速度。巴勒是标准单位，以物理学家 Richard Barrer 的名字命名。
公式： P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = 渗透率 (barrer), N = 传输的气体量 (cm³ at STP), L = 材料厚度 (cm), A = 面积 (cm²), Δp = 压力差 (cmHg), t = 时间 (s)
什么是巴勒？
1 巴勒 = 10⁻¹⁰ cm³(STP)·cm/(s·cm²·cmHg)。它测量在标准温度和压力下，每单位时间、每单位面积、每单位压力差下穿过单位厚度的气体体积。
替代单位： 1 巴勒 = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
示例： 硅橡胶: H₂ (550 barrer), O₂ (600 barrer), N₂ (280 barrer), CO₂ (3200 barrer)
应用
| 领域 | 应用 | 示例 |
|---|---|---|
| 食品包装 | 低氧气渗透率可保持新鲜度 | EVOH (0.05 barrer), PET (0.05-0.2 barrer) |
| 气体分离 | 高渗透率可分离气体 (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | 硅橡胶、聚酰亚胺 |
| 医疗包装 | 阻隔膜可防止湿气/氧气 | 泡罩包装、药瓶 |
| 轮胎内衬 | 低空气渗透率可维持压力 | 卤化丁基橡胶 (30-40 barrer) |
水蒸汽渗透率 (Perm)
水蒸汽渗透率测量湿气穿过材料的传输。这对建筑科学至关重要，可防止发霉、冷凝和结构损坏。
公式： WVTR = 透湿性 × (p₁ - p₂)
WVTR = 水蒸汽传输速率, 透湿性 = 渗透率/厚度, p₁, p₂ = 两侧的蒸汽压
什么是 Perm？
美国 Perm： 1 perm (美国) = 1 grain/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
公制 Perm： 1 perm (公制) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 perm-inch (美国)
注意： Perm-inch 包含厚度；perm 是透湿性（已经除以厚度）
建筑材料分类
| 类别 | 描述 | 示例： |
|---|---|---|
| 防潮层 (< 0.1 perm) | 几乎阻挡所有湿气传输 | 聚乙烯薄膜 (0.06 perm), 铝箔 (0.0 perm), 乙烯基壁纸 (0.05 perm) |
| 防潮膜 (0.1-1 perm) | 显著减缓湿气，但不是完全阻挡 | 油性漆 (0.3 perm), 牛皮纸 (0.4 perm), 胶合板 (0.7 perm) |
| 半渗透性 (1-10 perm) | 允许部分湿气传输 | 乳胶漆 (1-5 perm), OSB 板 (2 perm), 建筑纸 (5 perm) |
| 渗透性 (> 10 perm) | 允许湿气自由传输 | 未上漆的石膏板 (20-50 perm), 玻璃纤维绝缘材料 (>100 perm), 房屋包裹材料 (>50 perm) |
寒冷气候： 在寒冷气候中，防潮层应置于温暖的（室内）一侧，以防止室内湿气在寒冷的墙体空腔中凝结。
湿热气候： 在湿热气候中，防潮层应置于外部，或使用可渗透的墙壁以允许双向干燥。
快速转换表
磁导率
| 从 | 到 |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (真空) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (真空) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (铁) | 0.001257 H/m |
流体渗透率 (Darcy)
| 从 | 到 |
|---|---|
| 1 darcy | 1,000 毫达西 (mD) |
| 1 darcy | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 毫达西 | 10⁻⁶ darcy |
| 1 纳达西 | 10⁻⁹ darcy |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² darcy |
气体渗透率
| 从 | 到 |
|---|---|
| 1 barrer | 10,000 GPU |
| 1 barrer | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ barrer |
| 100 barrer | 良好的阻隔性 |
| > 1000 barrer | 阻隔性差（高渗透率） |
水蒸汽渗透率
| 从 | 到 |
|---|---|
| 1 perm (美国) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 perm-inch | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 perm (公制) | 57.45 perm-inch (美国) |
| < 0.1 perm | 防潮层 |
| > 10 perm | 水蒸汽可渗透 |
常见问题
我可以将达西转换为巴勒或 perm 吗？
不行！它们测量的是完全不同的物理性质。流体渗透率 (darcy)、气体渗透率 (barrer)、蒸汽渗透率 (perm) 和磁导率 (H/m) 是四种不能相互转换的独立量。请使用转换器中的类别过滤器。
为什么气体渗透率取决于气体种类？
不同的气体具有不同的分子大小和与材料的相互作用。H₂ 和 He 的渗透速度比 O₂ 或 N₂ 快。务必指明气体：'O₂ 渗透率 = 0.5 barrer' 而不只是 '渗透率 = 0.5 barrer'。
perm 和 perm-inch 有什么区别？
Perm-inch 是渗透率（与厚度无关的材料属性）。Perm 是透湿性（取决于厚度）。关系式：透湿性 = 渗透率/厚度。使用 perm-inch 来比较材料。
石油工程师如何使用达西？
储层渗透率决定了油气的流速。一个 100 mD 的储层可能日产 500 桶；一个 1 mD 的致密气储层需要水力压裂。页岩地层（1-100 nD）极其致密。
为什么相对磁导率 (μᵣ) 是无量纲的？
它是一个比率，比较材料的磁导率与真空磁导率 (μ₀)。要获得以 H/m 为单位的绝对磁导率：μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m。对于铁 (μᵣ = 5000)，μ = 0.00628 H/m。
高渗透率总是好的吗？
取决于应用！高达西对油井有利，但对封存不利。高巴勒对透气织物有利，但对食品包装不利。考虑您的工程目标：阻隔（低）或流动（高）。
什么决定了建筑防潮层的放置位置？
气候！寒冷气候需要在温暖（室内）一侧设置防潮层，以防止室内湿气在冷墙中凝结。湿热气候需要在外部设置防潮层，或使用可渗透的墙壁以允许双向干燥。错误的放置会导致发霉和腐烂。
哪些材料具有最高/最低的渗透率？
磁性：超坡莫合金 (μᵣ~1M) vs 真空 (μᵣ=1)。流体：砾石 (>10 D) vs 页岩 (1 nD)。气体：硅胶 (对 CO₂ >3000 barrer) vs 金属化薄膜 (0.001 barrer)。蒸汽：玻璃纤维 (>100 perm) vs 铝箔 (0 perm)。