Characterization of porous media by means of the voronoi-delaunay tessellation

• Published in: Chemical engineering and processing 1989-02, Vol.25 (1), p.35-45
• Main Authors: Vrettos, Nikolas A, Imakoma, Hironobu, Okazaki, Morio
• Format: Article
• Language: ger
• ISSN: 0255-2701; 1873-3204
• DOI: 10.1016/0255-2701(89)85004-4

The Voronoi-Delaunay tessellation technique for subdividing the space between entities is used in this paper in order to characterize a porous medium. The model material consists of a bundle of cylinders with uniform diameter, randomly arranged so that they are closest to each other. The resulting network consists of quadrilaterals of different width and height and infinite depth. The width is defined as the closest distance between two adjacent cylinders (narrowest neck). On the other hand, the height is defined as the length of a Voronoi polygon's edge (distance between two nodes). The height vector lies perpendicular to the width vector. The coordination number, denoting the number of edges meeting at a node, was always found to be 3. The porosity of the packing was 0.47 and of the resulting network 0.41. The simulation consists of about 150 realizations of a model network, which, on average, accommodated about 89 cylinders, 180 nodes and 270 slits. Topologically, the slits do not show any preference for a specific orientation, so that in a large-scale network all possible orientations of the slits will be equally represented. The relation between the slit width and the slit height, of great importance for calculating dynamic properties, is very satisfactorily approximated by a linear expression. A way to predict the saturation-dependent transport coefficient of ordinary diffusion, Knudsen diffusion and viscous flow is proposed. The network showed a percolation threshold at a number based saturation of 0.67, the same as for the honeycomb regular lattice. The tortuosity factor was found to be 2.95. Die Voronoi-Delaunay-Tessellation zur Unterteilung des Raumes zwischen Dingen wird für die Charakterisierung von porösen Körpern benutzt. Der Modellkörper besteht aus einem Bündel von Zylindern mit einheitlichen Durchmessern. Die Zylinder sind zufällig so raümlich angeordnet, daβ sie am nächsten zueinander sind. Das so entstehende Netz besteht aus Rechtecken mit verschiedenen Weiten und Höhen und einer unendlichen Tiefe. Als Weite wurde die kürzeste Distanz zwischen zwei benachbarten Zylindern und als Höhe die Länge der Kante eines Voronoi-Polygons (Distanz zwischen zwei Knoten) definiert. Der Höhen-Vektor liegt senkrecht zu dem Weite-Vektor. Die Koordinationszahl des Netzes, definiert als die Anzahl der Kanten, die sich an einem Knoten treffen, betrug 3. Die Porosität der Packung war 0.47 und die des enstandenen Netzes 0.41. Die Simulierung besteht aus 150 Re