Theoretical calculation results are presented for the enhancement of the water mass flow rate through the hydrophobic micro/nano pores in the membrane respectively on the micrometer and nanometer scales. The water-pore wall interfacial slippage is considered. When the pore diameter is critically low (less than 1.82nm), the water flow in the nanopore is non-continuum and described by the nanoscale flow equation; Otherwise, the water flow is essentially multiscale consisting of both the adsorbed boundary layer flow and the intermediate continuum water flow, and it is described by the multiscale flow equation. For no wall slippage, the calculated water flow rate through the pore is very close to the classical hydrodynamic theory calculation if the pore diameter (d) is larger than 1.0nm, however it is considerably smaller than the conventional calculation if d is less than 1.0nm because of the non-continuum effect of the water film. When the driving power loss on the pore is larger than the critical value, the wall slippage occurs, and it results in the different scales of the enhancement of the water flow rate through the pore which are strongly dependent on both the pore diameter and the driving power loss on the pore. Both the pressure drop and the critical power loss on the pore for starting the wall slippage are also strongly dependent on the pore diameter.
The analytical results are presented for the mass transfer in a cylindrical pore covering from the macroscale, multiscale to nanoscale owing to the variation of the inner diameter of the pore. When the thickness hbf of the physically adsorbed layer potentially fully formed on the pore wall is comparable to but less than the inner radius R0 of the pore, the multiscale flow occurs consisting of both the nanoscale non-continuum adsorbed layer flow and the macroscopic continuum liquid flow; When R0 ≤ hbf, the flow in the whole pore is essentially non-continuum; When R0 is far greater than hbf, the flow in the whole pore can be considered as macroscopic and continuum and the adsorbed layer effect is negligible.
한국막학회 2001년도 제14회 심포지엄 : 제2회 분리막 표준화(The 2nd Standardization of Membranes)
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pp.39-50
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2001
The performance of membranes is governed their pore struture. Pore structures of porous materials can be determined by a number of techniques. However, The novel technique, capillary folw porometry has a number of advantages. In this technique, the sample is brought in contact with a liquid that fills the pores in the membrane spontaneously. Gas under pressure is used to force the liquid from the pores and increase gas flow. Gas flow rate measured as a function of gas pressure in wet and dry samples yield data on the largest pore size, the mean flow pore size, flow distribution and permeability. Pore characteristics of a number of membranes were measured using this technique. This technique did not require the use of any toxic material and the pressure employed was low. Capillary flow porometry is a suitable technique for measurement of the pore structure of many membranes.
The typical methods of mercury intrusion porosimetry (MIP) and capillary flow porometry (CFP) were used to evaluate the pore size of cross-section of wood and the effect of the pore structure on the permeability of wood was analyzed in this study. The results of this study were as followings: The pore size of wood measured by CFP was larger than that measured by MIP except for Lime tree, Korean red pine and Paulownia. Among the three pore types of porous materials defined by IUPAC (through pores, blind pores, and closed pores), only through pores are related to permit fluid flow. MIP measures the pore size of both through pores and blind pores, while CFP measures the pore size of only constricted through pores. Therefore, pore size measured by MIP was not related to gas permeability, however pore size measured by CFP had a proportional relationship with gas permeability.
The flow in a nanopore of filtration membrane is often multiscale and consists of both the adsorbed layer flow and the intermediate continuum fluid flow. There is a controversy on which interface the slippage should occur in the nanopore filtration: On the adsorbed layer-pore wall interface or on the adsorbed layer-continuum fluid interface? What is the difference between these two slippage effects? We address these subjects in the present study by using the multiscale flow equations incorporating the slippage on different interfaces. Based on the limiting shear strength model for the slippage, it was found from the calculation results that for the hydrophobic pore wall the slippage surely occurs on the adsorbed layer-pore wall interface, however for the hydrophilic pore wall, the slippage can occur on either of the two interfaces, dependent on the competition between the interfacial shear strength on the adsorbed layer-pore wall interface and that on the adsorbed layer-continuum fluid interface. Since the slippage on the adsorbed layer-pore wall interface can be designed while that on the adsorbed layer-continuum fluid interface can not, the former slippage can result in the flux through the nanopore much higher than the latter slippage by designing a highly hydrophobic pore wall surface. The obtained results are of significant interest to the design and application of the interfacial slippage in nanoporous filtration membranes for both improving the flux and conserving the energy cost.
Thin pore-filled cation and anion-exchange membranes (PFCEM and PFAEMs, $t_m=25-30{\mu}m$) were prepared using a porous polymeric substrate for efficient all-vanadium redox flow battery (VRB). The electrochemical and charge-discharge performances of the membranes have been systematically investigated and compared with those of commercially available ion-exchange membranes. The pore-filled membranes were shown to have higher permselectivity as well as lower electrical resistances than those of the commercial membranes. In addition, the VRBs employing the pore-filled membranes exhibited the respectable charge-discharge performances, showing the energy efficiencies (EE) of 82.4% and 84.9% for the PFCEM and PFAEM, respectively (cf. EE = 87.2% for Nafion 1135). The results demonstrated that the pore-filled ion-exchange membranes could be successfully used in VRBs as an efficient separator by replacing expensive Nafion membrane.
A multi-region model for solute transport through saturated soils has been developed to describe preferential flow. The model consists of numerous discrete pore groups, which are characterized by a discrete dispersion coefficient, flow velocity, and porosity . The hydraulic properties for each pore group are derived from a soil's hydraluic conductivity and soil water characteristic functions . Flow in pore group is described by the classical advection-disersion equation (ADE). An implict finite difference scheme was applied to the governing equation that results in a block-tridiagonal system of equations that is very efficient and allows the soil to be divided into any number of pore groups. The numerical technique is derived from methods used to solve coupled equations in fluid dynamics problems and can also be applied to the transport of interacting solutes. The results of the model are compared to the experimental data from published papers. This paper contributes on the characteristics of the method when applied to the parallel porosity model to describe preferential flow of solutes in soil.
Application of biopolymers to improve the mechanical properties of soils has been extensively reported. However, a comprehensive understanding of various engineering applications is necessary to enhance their effectiveness. While numerous experimental studies have investigated the use of biopolymers as injection materials, a detailed understanding of their injection behavior in soil through numerical analyses is lacking. This study aimed to address this gap by employing pore network modeling techniques to analyze the injection characteristics of biopolymer solutions in soil. A pore network was constructed from computed tomography images of Ottawa 20-30 sand. Fluid flow simulations incorporated power-law parameters and governing equations to account for the viscosity characteristics of biopolymers. Agar gum was selected as the biopolymer for analysis, and its injection characteristics were evaluated in terms of concentration and pore-size distribution. Results indicate that the viscosity properties of biopolymer solutions significantly influence the injection characteristics, particularly concerning concentration and injection pressure. Furthermore, notable trends in injection characteristics were observed based on pore size and distribution. Importantly, in contrast to previous studies, meaningful correlations were established between the viscosity of the injected fluid, injection pressure, and injection distance. Thus, this study introduces a novel methodology for integrating pore network construction and fluid flow characteristics into biopolymer injections, with potential applications in optimizing field injections such as permeation grouting.
This study was conducted to analyze the pore structure of Yellow poplar. Cross-sectional surfaces of heartwood and sapwood of Yellow poplar (Liriodendron tulipifera) were observed by SEM, and the true density of the heartwood, intermediate wood and sapwood were measured by gas pycnometery, while gas permeability and pore size of heartwood, intermediate wood and sapwood were measured by capillary flow porometery. The pores were classified as through pore, blind pore and closed pore. It was determined that the permeability was increased due to the content and size of through pore being increased although the total porosity of specimen showed slight difference from pith to bark. The content of through pore porosity was 33.754 % of heartwood and 47.810 % of sapwood, showed an increasing trend from pith to bark, however, those for the blind pore porosity and closed pore porosity were 27.890 % and 19.492 % for heartwood and 19.447 % and 4.660 % for sapwood, showed a decreasing trend from pith to bark. The max pore size of specimens was increased by about 5 times from $5.927{\mu}m$ to $31.334{\mu}m$, and mean flow pore size was increased by about 315 times from $0.397{\mu}m$ to $12.437{\mu}m$ from pith to bark.
진행파 혹은 임의 반사율을 갖는 부분중복파 혹은 완전중복파-흐름-해저지반의 상호작용에 관한 해석해가 Lee et al.(2014; 2015a; 2015b; 2015c; 2015d) 및 Yamamoto et al.(1978)과 같은 다수의 연구자들에 의해 유도되었으며, 그들은 진동간극수압과 잔류간극수압을 별개로 취급하여 각 파동에 의한 지반응답을 논의하였다. 그러나, 실제 현장이나 실험에서 해저지반내 간극수압은 진동성분과 잔류성분이 별개로 나타나는 것이 아니고 그의 합 (전간극수압)으로 주어지기 때문에 전간극수압의 관점에서 반드시 검토될 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 진동간극수압과 잔류간극수압뿐만 아니라 전간극수압의 측면에서 파동조건, 지반조건 및 흐름조건의 변화에 따른 지반응답의 변동특성을 논의하였으며, 더불어 이에 따른 액상화의 연직깊이에서 특성변화를 검토하였다. 이로부터 진행파와 순방향의 흐름의 공존장에서는 흐름속도가 증가할수록 무차원진동간극수압이 증가하고, 무차원잔류간극수압은 감소하여 결과적으로 무차원전간극수압이 작아지며, 무차원액상화 깊이도 감소하는 등의 지반응답특성을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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