Способ комплексного определения характеристик теплои массопереноса капиллярно-пористых и дисперсных материалов и устройство для его осуществления

Способ комплексного определения характеристик теплои массопереноса капиллярно-пористых и дисперсных материалов и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может найти применение в строительной, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: исследуемый материал в виде пакета пластин устанавливают в теплоизолированную кассету, открытую со стороны одной из торцовых поверхностей пакета, насыщают пластины жидкостью, после чего осуществляют однонаправленный теплои массоперенос через пластины путем их сушки с открытого торца потоком воздуха постоянной температуры и влажности, измеряют температуру и влажность до момента отклонения температуры или влажности закрытых торцов пластин от начальных значений, после чего рассчитывают характеристики теплои массопереноса. Устройство для комплексного определения характеристик теплои массопереноса капиллярно-пористых и дисперсных материалов содержит тепловентиляционное оборудование, тепловлагоизолированную кассету с открытым торцом для испытываемого материала, термодатчики , блок управления скоростью потока воздуха, сигнализатор длительности измерений , датчики влажности и аэродинамическую трубу, на открытом участке кассеты размещены термодатчики и датчики влажности , соединенные с блоком управления скоростью потока, а на противоположном от открытого участка кассеты размещены термодатчики и датчики влажности, соединенные с сигнализатором длительности измерений, причем кассета помещена в аэродинамическую трубу, соединенную с тепловентилятором, причем датчики влажности могут быть выполнены в виде гальванических пар. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 6 табл., 1 ил. VJ |СО о I-N о |СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я) G 01 N 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870108/25 (22) 02.10.90 (46) 07,01,93, Бюл, N. 1 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) С.В, Мишенко и П,С. Беляев (56) Журавлева В.П. Массотеплоперенос при термообработке и сушке капиллярнопористых строительных материалов, Минск:

Наука и техника, 1972, с.31 — 35, Авторское свидетельство СССР

N 516948, кл. G 01 N 25/00, 1976. (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ

И ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может найти применение в строительной, пищевой и других отраслях промышленности, Сущность изобретения; исследуемый материал в виде пакета пластин устанавливают в теплоизолированную кассету, открытую со стороны одной из торцовых поверхностей пакета, насыщают пластины жидкостью, после чего осуществляют однонаправленный тепло- и массоперенос через пластины путем их сушки с открытого

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения тепло- и массопереносных характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов. Оно может найти применение в строительной, пищевой и других отраслях промышленности, где необходимо

„„. Ы«1786408 А1 торца потоком воздуха постоянной температуры и влажности, измеряют температуру и влажность до момента отклонения температуры или влажности закрытых торцов пластин от начальных значений, после чего рассчитывают характеристики тепло- и массопереноса. Устройство для комплексного определения характеристик теплои массопереноса капиллярно-пористых и дисперсных материалов содержит тепловентиляционное оборудование, тепловлагоизолированную кассету с открытым торцом для испытываемого материала, термодатчики, блок управления скоростью потока воздуха, сигнализатор длительности изл1ерений, датчики влажности и аэродинамическую трубу, на открытом участке кассеты размещены термодатчики и датчики влажности, соединенные с блоком управления (Л

oKopocTblo потока, а на поотивоположном от открытого участка кассеты размещены термодатчики и датчики влажности, соединенные с сигнализатором длительности измерений, причем кассета помещена в аэродинамическую трубу, соединенную с .й тепловентилятором, причел1 датчики влажности могут быть выполнены в виде гальва- С)0 нических пар. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 6 табл., 1 ил. ( ф C)

CD

1 знать тепломассопереносные характеристики капиллярно-пористых материалов.

Известны способы комплексного определения характеристик тепло- и массопереноса капиллярно-пористых материалов при осуществлении в образце, набранном в виде пакета плоскопараллельных пла1786408 стин, однонаправленного тепло- и массопереноса путем сушки.

К недостаткам способов следует отнести необходимость неоднократного прерывания процесса сушки с целью разбора и вывешивания пластин образца, малая инфо р мати в ность экспе риме нтал ьного исследования, так как для определения зависимости искомых характеристик от температуры и влагосодержания необходимо проведение целого ряда опытов, существенное влияние контактного сопротивления епло- и массопереносу в местах стыковки пластин, так как потоки тепла и массы ориентированы в направлении, перпендикулярном плоскостям контакта пластин материала.

Ближайшим техническим решением к изобретению является способ изучения тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых и дисперсных материалах, заключающийся в приготовлении из исследуемого материала плоскопараллельных пластин, увлажнении пластин до заданной влажности, собирании образца в виде пакета пластин, тепло- и влагоизоляции его по боковой поверхности, осуществлении однонаправленного тепло- и массопереноса пу ем сушки, измерении температуры и влагосодержания внутри образца с помощью датчиков, закладываемых между пластинами образца в нескольких точках по высоте образца, и определении на кривых кинетики сушки характеристик тепло- и массопереноса.

Недостатком данного способа являются существенные искажения s процессе теплои массопереноса, вносимые контактным сопротивлением в местах стыковки пластин с датчиками температуры и влагосодержакия, размещенными между пластинами материала. Эти искажения обусловлены тем, что потоки тепла и массы пронизывают плоскости контакта пластин и датчики влагосодержания. Вследствие невозможности добиться идеального контакта между пластинами в местах стыковки образуются пленки жидкости или паро-газовые прослойки, значительно отличающиеся по свойствам от самого материала. Датчики температуры и влагосодержания, закладываемые между пластинами, также нарушают их контакт между собой, а материал датчиков влагосодержания, кроме того, являются дополнительным сопротивлением тепло- и массопереносу. Все это существенно снижает точность определения характеристик тепло- и массопереноса указанным способом. Данный способ не позволяет определять зависимость искомых характеристик от

55 температуры и влагосодержания из одного опыта, для этого необходимо проведение серий испытаний, что связано со -,ачительными затратами времени и средств. Кроме того, используемые проницаемые датчики предназначены для измерения только влагосодержания материала, что не позволяет определять характеристики тепло- и массопереноса при диффузии в материале не воды, а других жидкостей, например растворителей в полимерах. Последнее существенно сужает область применения указанного способа, Известна установка для комплексного определения характеристик тепло- и массопереноса капиллярно-пористых материалов, содержащая кассету с испытуемым материалом, набранным в виде пакета плоскопараллельных пластин, содержащую прижимные элементы для стягивания пластин в образец и датчики температуры, размещенные между пластинами образца (см. книгу Журавлевой В.П. Массоперенос при термообработке и сушке капиллярно-пористых строительных материалов. — Минск:

Наука и техника, 1972, с,54...67).

Недостатком данной установки является то, что потоки тепла и массы ориентированы в кассете перпендикулярно плоскости контакта пластин материала, при этом существенные искажения, снижающие точность измерений, вносятся контактным сопротивлением между пластинами, а также закладными датчиками. Для определения зависимости характеристик тепло- и массопереноса от температуры и влагосодержания на предлагаемом устройстве необходимо проводить серии опытов, причем в каждом опыте необходимо многократно проводить процессы разборки и сборки образца с целью определения веса пластин, что существенно снижает точность определения и производительность установки.

Ближайшим техническим решением к изобретению является установка для изучения тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых и дисперсных материалах.

Установка содержит кассету с испытываемым материалом, набранным в виде пакета плоскопараллельных пластин, имеющих тепло- и влагоизоляцию боковых поверхностей, содержащую прижимные элементы для стягивания пластин в образец и датчики температуры, размещенные между пластинами образца, по обеим сторонам кассеты расположены теплоизолированные камеры с тепловентиляционным оборудованием и контрольно-измерительной аппаратурой внутри, оборудование и аппаратура в каждой камере выполнены одинаковыми в виде

1786408

50 тепловентиляционной системы с электронагревателями, испарительио-конденсационного контура с водяной емкостью, замкнутого холодильного контура с низкотемпературным хладагентом, системы регулирования температуры и влажности среды в камерах, а в исследуемом материале размещены датчики электрофизических величин, подключенные к сети через блок управления, Недостатком данной установки является то, что поток тепла и влаги ориентированы в кассете перпендикулярно плоскостям контакта пластин, поэтому существенные искажения, сни>кающие точность измерений, вносятся в процессе контактным сопротивлением тепло- и массопереиосу в местах стыковки пластин, а также датчиками температуры и влагосодержания, расположенными между пластинами. Данное устройство не пригодно для определения зависимости искомых характеристик от -емпературы и влагосодержания из одного опыта. Для этого необходимо проведение серий опытов с разными начальными значениями температуры и влагосодержания материала, а также параметров тепловентиляционных камер. Кроме того, используемые проницаемые датчики влагосодержания не пригодны для измерения содержания в материале других жидкостей, что не позволяет использовать известчуlo установку для определения тепло- и массопереносных характеристик при диффузии в материале не только воды, но и других жидкостей, например растворителей в полимерах.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения.

Цель достигается тем, что по способу комплексного определения характеристик тепло- и массопереноса капиллярно-пористых и дисперсных материалов, включающему установку пластин исследуемого материала в тепловлагозащищенную кассету с размещенными в ней термодатчиками, насыщение пластин жидкостью, создание через пластины однонаправленного теплои массопереноса, измерение температуры пластин и определение характеристик тепло- и массопереноса., кассету с установленным в ней пакетом пластин теплоизолируют, оставляя ее открытой со стороны одной из торцовых поверхностей пакета пластин, а после насыщения пластин жидкостью однонаправленный тепло- и массоперенос через пластины осуществляют путем их сушки с открытого торца потоком воздуха постоянной температуры с содержанием паров жидкости, измеряют

35 температуру и влажность в зоне торцовых поверхностей пластины, обеспечивая постоянство температуоы и влажности на открытом торце пакета пластин путем регулирования расхода воздуха, а измерение температуры и влажности продолжают до момента отклонения температуры или влажности закрытых торцов пластин от начальных значений, после чего рассчитывают характеристики тепло- и массопереноса.

Устройство для комплексного опредепения характеристик тепло- и массопереноса капиллярио-пористых и дисперсных материалов, содержащее тепловентиляционное оборудование, тепловлагоизолироваииую кассету для испытываемого материала, содержащую прижимные элементы для стягивания и термодатчики, дополнительно снабжено блоком управления скоростью потока воздуха, сигнализатором длительности, датчиками влажности и аэродинамической трубой, при этом кассета выполнена в виде двух прижимных или двух пеопендикулярных им направляющих пластин и тепловлагоизолирована, кроме участка со стороны одного из торцов, на открытом участке кассеты размещены термодатчики и датчики влажности, соединенные с сигнализатором длительности измерений, причем кассета помещена в аэродинамическую трубу, соединенную с тепловентилятором, датчики влажности выполнены в виде гальванических пар, причем электроды датчиков закреплены в кассете параллельно ее торцам.

При анализе известных технических решений не обнаружены решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками изобретения. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявленное техническое решение обладает существенными отличиями, Совокупность всех существенных признаков позволит за счет уменьшения влияния контактного сопротивления и искажений, вносимых закладными датчиками, повысить точность определения характеристик тепло- и массопереноса, расширить область применения за счет определения характеристик тепло- и массопереноса при диффузии в материале электролитов.

Су.циость способа состоит в следующем.

При сушке образца с одной из поверхностей, образованной из боковых поверхностей пластин исследуемого материала, при тепловлагоизоляции остальных поверхностей тепло- и массоперенос осуществляется в направлечии, параллельном плоскостям контакта пластин исследуемого материала.

1786408

В этом случае потоки тепла и массы не пересекают плоскости контакта пластин между собой, поэтому контактные сопротивления тепло- и массопереносу в заданном направлении отсутствуют, Датчики, закладываемые между пластинами, даже в случае частичного нарушения контакта между пластинами не вызывают увеличения сопротивления тепло- и массопереносу в заданном направлении, так как он ориентирован параллельно плоскостям контакта пластин в образце, Однонаправленный тепло- и массоперенос в капиллярно-пористом теле описывается следующей системой дифференциальных уравнений:

)с. -с.))) а., = . (Zpс)-- -); (1) д)) д д0 — (а Р.Щ „). (2) дх() дх() образец аналогичен полубесконечному в направлении оси ОХ стержню, а тепло- и

X > 0, г > О, р, = const, где Т вЂ” температура материала;

U — содержание жидкости s материале, кг/кг;

po — плотность сухого материала (при

U О) «-/, Со, С) — теплоемкость соответственно материала и жидкости, Дж/(кг К);

X — пространственная координата, м; г — время, с;

)., а) — теплопроводность материала и коэффициент диффузии жидкости в нем, Вт/(с К) и м/с.

Перед проведением опыта с сушкой образца в материале создают равномерное начальное распределение температуры и жидкости соответственно To, Uo — const. В течение опыта сушат образец с торца (поверхность Х = О) потоком воздуха постоянной температуры с содержанием паров выделяемой жидкости соответственно Тср, Ucp, причем по ок воздуха имеет такую скорость, чтобы температура и содержание жидкости на открытом торце образца оставались постоянными. Противоположный торец образца (Х =1) тепло- и влагоизолируют, Тогда в течение времени, пока фронт тепла или влаги не достигнет изолированного торца образца (Х = L), т.е. пока соблюдается условие массоперенос в нем происходит со следующими краевыми условиями задачи (1), (2);

U(X, о) = Uo, Т(Х, о) = То; U(o, х) = Ucp, 5 T(o, г) = Тср,, (3) д0 дТ дХ дХ (Х, t) = — (Х, т) - О п ри Х - со, (4).

Задача (1), (2) при краевых условиях (3), (4) автомодельна, т,е. подстановкой (*) мо10 жет быть сведена к задаче в обыкновенных производных, поэтому имеются следующие связи; (=Х/(2 й); (*) д0 2 г д0 дХ X дт дТ 2г дТ (6) дХ Х дт — ау (а (U.T) — Х-) = д д0

1 (2 ajm „jm () р {Х д Х вЂ” -х- (>. (Ы,т) ) = —, - Щ - ; -х-: )8) д0, 25 jm= — а,О дХ (9) а =- -д -, дТ (10) где jm — плотность потока влаги;

q — плотность потока тепла.

Из выражений (1), (2) с учетом формул (7), (8) получим

15 д U г o jm + 1. дт Х дг Х

35 (Со + Сж U) po дТ гт да дг Х дт Х

+ (12) Зафиксируем координату X при некотором ее значении и предположим, что в течение опыта в этом сечении образца измеряются характеристики: температура материала Т(ХО, t) и содержание жидкости в материале 0(Хо, г).

Решая уравнения (11), (12) как дифференциальные уравнения первого порядка при интегрировании по времени в пределах

fo t1, где t — текущее значение времени, с учетом выражений (9), (10) и выражения

a(U,Т)=- С +С,(13)

55 гдеа — температуропроводность материала, получим расчетные формулы (14) — (16) для определения теплопроводности, температуропроводности и коэффициента am, 10

1786408

g (т(х., т), u(x., т)) = — -фf (7 (x v) — T, ) v ди) - С (U (х,1 ) — + — ))- -- —; ()4) Хг — 1

rgr(x., ), u(x.,r)) = " ) + и (х., i) — - (" — — )(- - " — -+

7 у С

+ 3(Т(Xp v) То)vó Bv+ ж f U(X., ó) оТ Хо: ) а())(Т(Хо, t), U(Xp, t)) (15) Хо д0 Xp„r

4 >г дт

3 U (X, v) — U ) v д1 о (16) где А, а, а(п — соответственно теплопроводность, температуропроводность и коэффициент диффузии массы вещества;

pp — плотность сухого материала;

Т, U — температура материала, содержание 20 жидкости в нем;

Со, Схх — теплоемкость соответственнс сухого материала и жидкости;

Х, — расстояние до места расположения датчиков температуры и содержания жидкости 25 в материале; т — время;

v — переменная интегрирования.

Характеристики тепло- и массопереноса определяются комплексно в зависимости от )О температуры Т(Хо, т) и содержания жидкости

ЦХо, r), измеренными в сечении Х = Х,.

Значение фиксируемой координаты X =Х, в принципе может быть различным, исключая крайние значения Х, = 0 и Х, = L, при З5 которых расчетные формулы теряют смысл.

Вообще говоря, можно найти оптимальное значение Хо в смысле соотношения между заданной длительностью опыта, его информативностью и точностью определения искомых характеристик, нО это не является объектом притязаний данной заявки, При этом значение

Хо входит в расчетные формулы (14К16) как параметр.

Таким образом, для определения характеристик тепло- и массо переноса необходимо измерять изменение температуры и содержания жидкости в одном сечении, отстоящем от открытого торца образца на заданном расстоянии..

Для обеспечения возможности определения характеристик тепло- и массопереноса при диффузии вматериаленетолько воды, ноидругих 55 жидкостей в качестведатчика концентрациижидкости используют гальваническую пару, причем электроды пэры закладывают параллельно открытому торцу образца и заключают между ними по крайней мере одну из пластин исследуемого материала.

Использование гальванической пары в качестве преобразователя позволяет измерять содержание жидкостей, при контакте которых с электродами из разнородных металлов возникает гальваноЭДС в частности ряда растворителей в полимерах, Для повышения точности определения характеристик тепло- и массопереноса толщина информативного слоя материала, содержание жидкости в котором определяет выходную характеристику преобразователя, должна быть как можно меньшей, так как надо измерять содержание строго в сечении Хо, а не в слое, в котором оно заключено.

При толщине информативного слоя R в расчетные формулы вносится погрешность установки датчика Л = 2R/Хо. При применении гальванической пары с установлением электродов на заданном расстоянии Хо параллельно открытому торцу образца обеспечивается минимальное искажение температурного поля, а погрешность установки датчика не превышает величины Л1 = 2r/Хо, где г — диаметрэлектродов гальванической пары. При применении других электрофизических датчиков содержания жидкости, например кондуктометрических, толщина информативного слоя R»r, что увеличивает погрешность.

Ыежду электродами гальванической пары заключаютт по крайней мере одну из пластин исследу емого материала для того, чтобы исключить влияние контактных искажений между пластинами. Если электроды расположены с обеих сторон пластины (группы пластин), то выходная характеристика гальванической пары определяется содержанием жидкости в пластине (группе пластин), а не в местах их контакта между собой. Если оба электрода расположить в одной плоскости контакта пластин, то на выходную характеристику гальванической пары может оказать существенное влияние пленка жидкости, образующаяся в месте стыковки пластин, 1786408

Ц

45

Опыт продолжают до момента отклонения температуры или содержания жидкости закрытого торца образца от начальных значений, На чертеже схематично представлено устройство, реализующее способ комплексного определения тепло- и массопереноса капиллярно-пористых материалов.

Устройство состоит из тепловентиляционной системы, аэродинамической трубы (на чертеже не показаны) и кассеты с испыTblваемым материалом. Кассета включает в себя корпус 1 с крышкой 2, внутри которого параллельно его оси закреплен блок из двух прижимных 3 и двух направляющих 4 пластин, служащих для размещения в пространстве между ними образца в виде стержня, набранного из полос 5 исследуемого материала, Внутренние, обращенные к образцу поверхности прижимных и направляющих пластин снабжены плоским влагонепроницаемым теплоизолятором 6.

Пластины теплоизоляторов 6 в области нижнего торца образца имеют ступенчатое удлинение на величину толщины дна корпуса

1 для обеспечения выхода торца образца вместе со ступенчатыми удлинениями теплоизоляторов заподлицо с внешней поверхностью дна корпуса 1. Направляющие пластины 4 закреплены HB одной из прижимных пластин 3 (на чертеже не показано), а вторая прижимная пластина свободна и способна перемещаться между направляющими пластинами 4 в направлении, перпендикулярном первой прижимной пластине, Прижимные пластины содержат стягивающие элементы для обеспечения требуемого прижатия полос образца друг к другу, состоящие из двух профильных элементов, между плоскостями 8, 9 которых создается усилие прижатия четырьмя пружинами 10 при завинчивании четырех винтов 11. Дно корпуса

1 имеет прямоугольное отверстие, в котором размещен торец образца заподлицо с внешней поверхностью дна кассеты, Крышка 2 корпуса имеет отверстие, в котором размещен элемент 12 с уплотнением 13, прижимаемый к верхнему торцу образца с помощью крышки 14, навинчивающейся на крышку 2 корпуса 1. На направляющих пластинах 4 блока параллельно дну корпуса 1 и на заданном расстоянии от внешней поверхности дна закреплены чувствительные элементы датчика 15 температуры и электроды датчика 16 содержания жидкости в материале с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости параллельно прижимным пластинам 3, Соединительные проводники датчиков температуры и содержания жидкости собраны в кабель 17 и выведены из корпуса 1 через трубку 18, предотвращающую их механическое повреждение, к коммутирующему устройству(КУ) блока регистрации (чертеже не показаны), На внешней поверхности уплотнения 13 элемента 12 размещены чувствительные элементы датчиков температуры 19 и содержания жидкости в материале 20, соединительные проводники которых выведены на разъем 21, служащий для подключения их к устройству, обеспечивающему максимально возможную длительность опыта. На открытом торце образца дополнительно размещены чувствительные элементы датчиков температуры 22 и содержания жидкости в материале 23, подключенные к устройству 24 управления скоростью потока воздуха.

Датчики 16, 20, 23 содержания жидкости в материале, расположенные соответственно на заданном расстоянии на верхнем торце образца (внешняя поверхность уплотнения 13 элемента 12) и на открытом торце образца, выполнены в виде гальванических пар.

B пространстве между корпусом 7 кассеты и блоком прижимных 3 и направляющих 4 пластин размещен теплоизолятор (на чертеже не показан), а вся кассета помещена в аэродинамическую трубу, в которую нагнетается воздух от тепловентиляционной установки. Об окончании опыта судят по показаниям сигнализатора 25 длительности опыта.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом, Исследуемый материал изготавливают в виде полос 5, имеющих ширину, равную ширине прижимных пластин, и длину. превышающую длину прижимных пластин на толщину дна корпуса 1. Пластины исследуемого материала насыщают до заданного значения содержания жидкой фазы, добиваются также равномерного распределения температуры в материале

Из корпуса 1 при снятой крышке 2 извлекается блок прижимных 3 и направляющих 4 пластин. На плоскость теплоизолятора прижимной пластины, жестко скрепленной с направляющими пластинами, укладываются полосы исследуемого материала так, чтобы материал не выходил за пределы плоских теплоизоляторов прижимной и направляющих пластин.

По достижении мест крепления чувствительных элементов датчика 15 температуры и электродов 16 гальванической пары полосы исследуемого материала вставляются между чувствительными элементами и электродами. Затем снова происходит укладка

1786408

55 пластин образца до заданной отметки, после чего исследуемый образец накрывается второй прижимной пластиной и стягивается при помощи двух пар профильных элементов с помощью винтов 11 и пружин 10. Iloдвижная прижимная пластина (вместе с закрепленным на ней плоским влагонепроницаемым теплоизолятором) перемещается между теплоизоляторами 6 направляющих пластин 4 плотно без зазоров.

Таким образом, после стягивания прижимных пластин 3 образец, набранный в виде стержня прямоугольного сечения из полос 5, оказывается тепло- и влагоизолирован по боковой поверхности плоскими влагонепроницаемыми теплоизоляторами 6 прижимных 3 и направляющих 4 пластин блока.

При стягивании прижимных пластин чувствительные элементы датчика 15 температуры и электроды 16 гальванической пары имеют возможность перемещения в пазах направляющих пластин в горизонтальной плоскости параллельно прижимным плоскостям во избежании их обрыва. .Затем блок прижимных и направляющих пластин вместе с образцом помещается в корпус 1 и крепится на его дне (крепления на чертеже не показаны), Причем нижний торец образца оказывается заподлицо с внешней поверхностью дна корпуса вместе с частью торцовых поверхностей плоских теплоизоляторов прижимных 3 и направляющих 4 пластин блока, .Пространство между корпусом 1 и блоком с образцом засыпается слоем теплоизолятора и на корпус 1 навинчивается крышка

2, Затем в отверстие крышки 2 корпуса 1 помещается элемент 12, который прижимается к верхнему торцу образца уплотнением

13 с помощью крышки 14, навинчивающейся на крышку 2 корпуса 1.

Кассета помещается в аэродинамическую трубу, кабель 17, выведенный через трубку 18, соединяется с коммутирующим устройством блока регистрации, а датчики температуры и содержания жидкой фазы, размещенные на внешней поверхности уплотнения 13 элемента 12 и прижимные к верхнему торцу образца, соединяются кабелем с блоком управления с помощью разьема 21.

Затем в аэродинамическую трубу подается воздух постоянной температуры Т<> с содержанием паров выделяемой из образца жидкости Ucð от тепловентиляционной установки и производится процесс сушки образца через нижний открытый торец образца.

В процессе опыта скорость потока воздуха регулируется устройством 24, получаю10

45 щим информацию от датчиков температуры 22 и содержания жидкости 23 на открытом торце образца и поддерживающим значения этих параметров на постоянном уровне.

В течение опыта измеряется изменение во времени температуры T(Xp, т) и содержания жидкости в материале U(Xp, т) с помощью датчиков 15, 16. Опыт продолжается до момента времени, когда датчики температуры или содержания жидкости, прижимаемые к верхнему торцу образца элементом 12, зафиксируют отклонение контролируемых параметров от начальных значений Т или О,. С этого момента образец уже не может соответствовать полубесконечному стержню, так как потоки тепла или влаги достигли его верхнего торца, поэтому формулы (14 — 16) становятся неточными и опыт должен быть закончен. Достигаемая максимально возможная длительность опыта позволяет получить наибольшую информативность исследований.

На основании полученной информации

Т(Х >, т) и U(Xp, 7) по формулам (14-16) рассчитываются характеристики тепло- и массопереноса в зависимости от измеряемой температуры и содержания жидкости в материале, Предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом обладает следующими преимуществами, Более высокой точностью определения характеристик тепло- и массопереноса за счет уменьшения влияния контактного сопротивления и искажений, вносимых закладными датчиками. В способе-прототипе потоки тепла и массы пронизывали плоскости контакта пластин материала между собой и закладные датчики влагосодержания, а в предлагаемом способе они ориентированы параллельно плоскостям контакта и не пронизывают проницаемые датчики влагосодержа ния.

Применение датчиков содержания жидкости в материале в виде гальванических пар позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения погрешности установки датчиков, так как информативный слой, определяющий выходную характеристику гальванического преобразователя, гораздо уже, чем при использовании других электрофизических преобразователей.

Кроме того, использование гальванических преобразователей позволяет расширить область применения способа на определение характеристик тепло- и массопереноса при диффузии в материале не

1786408

16 только воды, но и других жидкостей, при контакте с которыми гальванические пары генерируют ЭДС.

Для определения зависимости определяемых характеристик тепло- и массопереноса от температуры и содержания жидкости в материале в способе-прототипе необходимо проведение серий опытов.

Предлагаемый способ позволяет определять эту зависимость в одном опыте, 10

Предлагаемое устройство по сравнению с установкой-прототипом обладает следующими преимуществами.

Обеспечивается повышение точности определения характеристик тепло- и массопереноса за счет уменьшения влияния контактного сопротивления между пластинами образца и за счет уменьшения искажений, вносимых закладными датчиками, В установке-прототипе тепло- и массоперенос организован в направлении, пересекающем плоскости контакта пластин образца между собой. Существенные искажения при этом вносят контактные сопротивления тепло- и массопереносу в местах стыковки пластин и проницаемые датчики влагосодержания, В предлагаемом устройстве потоки тепла и массы не пронизывают плоскости контакта и проницаемые датчики влагосодержания, поэтому указанным сопротивлением теплои массопереносу можно пренебречь.

В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом использованы гальванические преобразователи в виде электродов гальванических пар. Это позволяет расширить область использования устройства на определение характеристик тепло- и массопереноса при диффузии жидкостей, при контакте с которыми гальванические преобразователи генерируют ЭДС, в частности, ряда растворителей в полимерах, Использование предлагаемой конструкции кассеты, в которую помещается исследуемый образец, при помещении ее в аэродинамическую трубу, в которой достигается скорость обдува образца, обеспечивающая отсутствие внешнедиффузионного сопротивления на открытой поверхности образца по теплу и массе, позволяет определять зависимость характеристик тепло- и массопереноса от температуры материала и содержания распределенной в нем жидкости в одном опыте, Этому способствует использование образца в виде стержня с тепло- и влагоизоляцией по боковой поверхности и поверхности одного из торцов, который в течение опыта соответствует полубесконечному стержню.

В установке-прототипе образец используется в виде пластины ограниченной тол15

55 щины при организации тепло- и массообмена с двух сторон пластины, не позволяющего добиться B образце автомодельного режима. Этому препятствует и невозможность обеспечения отсутствия внешнедиффузионного сопротивления на поверхности тепло- и массообмена образца. Поэтому на установке-прототипе необходимо проведение серии опытов для определения зависимости искомых характеристик тепло- и массопереноса от температуры и влажности материала.

Пример конкретного выполнения, Корпус кассеты с крышкой, вкладыш с прижимной крышкой были выполнены из полиметилметакрилата, Прижимные и направляющие пластины блока были изготовлены из листового стеклотекстолита толщиной 10 мм. На внутреннюю поверхность прижимных и направляющих пластин закреплялись теплоизолирующие пластины из пготного пенопласта толщиной 10 мм, на поверхности которых, обращенных к исследуемому материалу, была наклеена пленка, препятствующая переносу жидкости из исследуемого материала в пенопласт.

Исследуемый материал нарезался из пластин толщиной до 5 мм в виде полос шириной 20 мм и длиной 110 мм и укладывался в стержень с размерами 20 х 20 х х110 мм.

В качестве датчика температуры испол ьзовал ась хромел ь-копелева я ми кротермопара диаметром 0,15 мм, сваренная встык, в качестве датчика содер>кания жидкой фазы — гальванопара на проволочных электродов диаметром 0,15 мм из меди и стали, покрытой слоем цинка толщиной

0,008 мм.

В табл. 1-3 представлены значения характеристик тепло- и массопереноса композиционного полимерного материала (КПМ) при диффузии в нем растворителя, à B табл.

4-6 — значения этих же характеристик, но при диффузии в КПМ влаги при различном содер>кании в материале соответственно растворителя и влаги и для различных значений температуры в материале.

Представленные характеристики теплои массопереноса определялись при варьировании параметра Хо от 3,5 до 12 мм. При этом изменялась длительность опыта, а наблюдаемый разброс характеристик тепло- и массопереноса; определяемых при различных значениях Х>, укладывался в диапазон погрешности определения )., а и am, Достоверность полученных данных по характеристикам тепло- и массопереноса определялась в результате сравнения расчетных и экспериментальных значений тем17

1786408

Таблица 1

Значения коэффициента теплопроводности КПМ в зависимости от его температуры Т и содержания растворителя О (Л 10, Вт/(м К));

1,54

1,62

1,75 пературы и содержания жидкой фазы в течение эксперимента для различных значений Хо. Расчетные кривые изменения температуры и содержания жидкой фазы определялись в результате решения прямой задачи тепло- и массопереноса для значений характеристик тепло- и массопереноса, найденных в эксперименте, при краевых условиях, реализованных в эксперименте.

Сравнение расчетных и экспериментальных кривых изменения температуры и содержания жидкой фазы (как воды, так и растворителя) показали., что их отклонения не превышают погрешности измерения соответствующей нулевой величины (температуры или содержания жидкой фазы), следовательно, определяемые характеристики являются достоверными, Формула изобретения

1. Способ комплексного определения характеристик тепло- и массопереноса капиллярно-пористых и дисперсных материалов, включающий установку пластин исследуемого материала в тепловлагозащищенную кассету с размещенными в ней термодатчиками, насыщение пластин жидкостью, создание через пластины однонаправленного тепло- и массопереноса, измерение температуры пластин и определение характеристик тепло- и массопереноса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, кассету с установленным в ней пакетом пластин теплоизолируют, оставляя ее открытой со стороны одной из торцевых поверхностей пакета пластин, а после насыщения пластин жидкостью однонаправленный тепло- и массоперенос через пластины осуществляют путем их сушки с открытого торца потоком воздуха постоянной температуры и содержания паров жидкости, измеряют температуру и влажность в зоне торцевых поверхностей пластин, обеспечивая постоянство температуры и влажности на открытом торце пакете пластин путем регулирования расхода воздуха, а измере5 ние температуры и влажности продолжают до момента отклонения температуры или влажности закрытых торцов пластин от начальных значений, после чего рассчитывают характерис