无序硬球与重叠球模型的临界孔隙半径及输运性质

表征多孔介质孔隙空间几何与拓扑的描述子与其输运性质密切相关。我们针对四种不同模型量化此类描述子，包括孔隙尺寸函数与临界孔隙半径 $\delta_c$：最大随机堵塞球堆积、重叠球、平衡硬球以及量化器能量的固有结构。为精确估计渗流阈值，我们利用球构型周围空隙渗流与相应 Voronoi 网络上加权键渗流的严格关系。我们使用 Newman-Ziff 算法基于簇尺寸分布的普适性质确定渗流阈值。通常，$\delta_c$ 被用作决定流体渗透率 $k$ 的关键特征长度尺度。近期一项研究 [Torquato. Adv. Wat. Resour. 140, 103565 (2020)] 针对具有良好连通孔隙空间的多孔介质，提出了基于孔隙尺寸二阶矩 $\langle\delta^2\rangle$ 的 $k$ 替代估计。本文中，我们确认对于所有考虑孔隙率与所有模型，$\delta_c^2$ 在良好近似下正比于 $\langle\delta^2\rangle$。然而，与 $\langle\delta^2\rangle$ 不同，基于 $\delta_c^2$ 的渗透率估计未能正确预测我们模型的 $k$ 排序。因此，我们确认 $\langle\delta^2\rangle$ 是针对具有良好连通孔隙空间的多孔介质进行便捷可靠 $k$ 估计的有前途候选。此外，我们比较了以 $\tau$ 序度量衡量的不同有序程度的模型的流体渗透率。我们发现（有效）超均匀模型往往比非超均匀对应模型具有更低的 $k$ 值。我们的发现可通过 targeted 孔隙统计促进具有期望输运性质的多孔介质设计。