[发明专利]薄膜水压-吸单元模型的构建方法

权利要求书

1.一种薄膜水压-吸单元模型的构建方法，其特征在于，构建方法包括如下步骤：

步骤1：薄膜水液压驱动力分析

薄膜水存在于基质表面，基质表面薄膜水为扩散双电层，从而形成虚拟引力场，在引力场作用下，薄膜水在液层内部产生液压，

即：

公式(1)中：P_L为薄膜水的液压；a为系数；v_L为水的比容；y为薄膜水与基质表面的距离，单位为纳米；α为幂；

由公式(1)可知，离颗粒基质的表面越近，薄膜水受到的液压驱动力越大；

步骤2：薄膜水表面吸附力分析

薄膜水受基质表面的吸附力才是水分迁移的源动力，根据广义Clapeyron公式：

公式(8)中：P_Lb为薄膜水受到基质的表面吸附力；P_S为冰晶体对薄膜水施加的实际冰压；L为水的相变潜热，取334.88×10⁷cm²/s²；T为冰-水界面温度，℃；T_A为纯水的绝对冻结温度，可取273.15K；ρ_L为水的密度；ρ_S为冰的密度；

步骤3：完成薄膜水压-吸单元模型的构建

在冻结开始之前，薄膜水的厚膜A处的水在净吸力和实际液压共同作用下，处于压-吸平衡状态；

薄膜水的较厚位置处称为厚膜、其中最厚位置处称为厚膜A处；薄膜水的较薄位置处称为薄膜、其中最薄位置处称为薄膜B处；

冻结导致薄膜水的厚度减小，造成薄膜B处的水实际液压降低，鉴于此时净吸力保持不变，可知薄膜B处的水处于压-吸不平衡状态，在净吸力和实际液压的双重作用下，薄膜B处的水在基质表面产生表面吸附力，驱使水分从厚膜A处向薄膜B处迁移。

2.根据权利要求1所述的薄膜水压-吸单元模型的构建方法，其特征在于，

在所述步骤1中，

当薄膜水厚度y＝h时，对应的理论液压公式为：

公式(2)中：P_Lh为平衡状态下薄膜水厚度y＝h处的理论液压，在y＝h平面上，厚膜A处的水分子受到理论液压P_Lh的作用，驱使水分从厚膜A处向薄膜B处迁移，与此同时，薄膜B处的水分子在y＝h平面上同时受到实际冰压、实际液压和界面压力的共同作用，从而处于法向平衡状态，故有：

公式(3)中：P_S为冰晶体对薄膜水施加的实际冰压；P_Ly为去除界面压力影响、实际冰压传递到薄膜水上的实际液压；γ_SL为冰-水界面张力，取29g/s²；R为基质界面有效半径，基质是指矿物颗粒等物质；γ_SL/R为界面压力；

由公式(3)可知，实际冰压通过冰-水界面传递到薄膜水表面时，由于受到界面压力的反作用，因此在液层上的压力为实际液压。

3.根据权利要求2所述的薄膜水压-吸单元模型的构建方法，其特征在于，

在所述步骤1中，

根据流体动力学可知，此时水分的切向迁移受到了抑制，因此导致水分迁移的液压驱动力公式为：

P_Ld＝P_Lh-P_Ly (4)

公式(4)中：P_Ld为薄膜水迁移的液压驱动力；

由公式(4)可知，水分迁移的液压驱动力来自于薄膜水受到的法向液压差；

当实际液压趋向于理论液压时，液压驱动力也同步趋向于零；此时水分迁移停止，系统又重新达到了压-吸平衡状态。