Analyse des Porenraum

PoroDict bietet vielfältige Optionen zur Berechnung aller relevanten Eigenschaften des Porenraums von Materialien.

Mit der Option Geometric Pore Size Distribution wird der Porenradius durch das Einpassen von Kugeln in das Porenvolumen charakterisiert. Diese rein geometrische Methode unterscheidet nicht zwischen Durchgangsporen, geschlossenen Poren und Blindporen.

Die Pore Size Distribution by Porosimetry entspricht experimentellen Methoden wie der Quecksilberintrusionsporosimetrie (MIP) oder der Flüssigkeitsextrusionsporosimetrie (LEP). Hierbei wird das Volumen einer nicht-benetzenden Flüssigkeit berechnet, die in das Medium gepresst wird. Diese Methode ähnelt der geometrischen Porengrößenverteilung, berücksichtigt jedoch zusätzlich die Konnektivität zur Eindringseite sowie das Vorhandensein geschlossener Poren.

Die Option Identify Pores ermöglicht die Segmentierung und Analyse einzelner Poren. Dabei wird der Watershed-Algorithmus verwendet, um den Porenraum innerhalb eines gegebenen Mediums zu segmentieren. Die segmentierten Daten dienen anschließend der Bestimmung der Anzahl und räumlichen Verteilung der Poren. Zusätzlich werden verschiedene Poreneigenschaften analysiert, darunter Sphärizität, Volumen, Durchmesser, Orientierung, Oberfläche und Kontaktfläche.

Mit der Funktion Open and Closed Porosity werden Anzahl und Volumen von offenen und geschlossenen Poren berechnet. Offene Poren erstrecken sich von der Materialoberfläche bis zum Kern und bilden umfangreiche Netzwerke miteinander verbundener Poren. Geschlossene oder isolierte Poren haben keine Verbindung zur Oberfläche in irgendeiner Richtung.

Der Bubble Point pressure kann basierend auf der größten Durchgangspore und der Young-Laplace-Gleichung berechnet werden. Diese Funktion bietet zudem eine detaillierte Analyse der Porenengstellen, einschließlich der Fläche, des Umfangs und des hydraulischen Durchmessers der Porenengstelle.

Die Option Percolation Path berechnet den maximalen Durchmesser eines kugelförmigen Partikels, der das Medium durchqueren kann, sowie den entsprechenden kürzesten Pfad. Zusätzlich können Fälle berechnet werden, wie beispielsweise die fünf größten Poren (zusammen mit ihren kürzesten Pfaden) oder die acht kürzesten Pfade für einen gegebenen Kugeldurchmesser. Die Bewegung der Kugeln entlang dieser Pfade wird visualisiert und animiert.

Die Chord Length Distribution (CLD) ermöglicht einen präzisen Vergleich der Geometrien poröser Medien. Im Gegensatz zu traditionellen Methoden der Porengrößenverteilung (PSD) ist die Chord Length Distribution besonders nützlich für 2D-Querschnitte, bei denen direkte PSD-Messungen unpraktisch sind. Durch die Analyse von Chord-Längen – linearen Segmenten, die Porenräume durchqueren – liefert sie Einblicke in Porenkonnektivität, Anisotropie und Heterogenität.

Geodesic Tortuosity quantifiziert die Komplexität von Transportwegen in porösen Materialien, indem sie das Verhältnis des kürzesten tatsächlichen Pfades durch das Medium zur geradlinigen Distanz misst. Sie liefert Erkenntnisse über Fluidströmung, Diffusion und Konnektivität und hilft bei der Bewertung von Permeabilität und Transporteigenschaften. Eine höhere Tortuosität weist auf verschlungenere Pfade hin, die den Fluss und die Diffusion behindern können.

Zwei leistungsstarke GeoApps zur Analyse poröser Materialien sind ebenfalls enthalten:

• Compute Tortuosity ermöglicht die Berechnung der Tortuosität von Materialien unter Verwendung mehrerer geometrischer, physikalischer und gemischter Ansätze, wie in [1] beschrieben.
• ASTM Calculation Factor simuliert die standardisierte Testmethode für den Bubble-Point-Druck von gewebten Drahtfiltern gemäß der ASTM-Norm E3278-21 [2].