Способ определения коэффициента проницаемости пористых материалов с известной средней пористостью

Способ определения коэффициента проницаемости пористых материалов с известной средней пористостью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

rr ц 744286

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.06.77 (21) 2500338j18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ¹ 24 (45) Дата опубликования описания 30.0б.80 (51) М. Кл."G 01N 15/08

Государственный комитет (53) УДК 539.217.1 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения М. Г. Семена, А. П. Нищик, Г. А. Мельничук и Ю. E. Николаенко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

С ИЗВЕСТНОЙ СРЕДНЕЙ ПОРИСТОСТЬЮ

Изобретение относится к технике приборостроения для лабораторного анализа и может применяться для исследования пористых материалов.

Известен способ определения основны.х параметров структуры пористых тел путем поочередного пропусканпя газа под давлением через пропитанное жидкостью rr cy oe пористое тело и снятия характеристик расхода газа от давления. Дальнейшей мате- 10 матической обработкой этих характеристик получают значения основных параметров пористого тела.

Известен способ определения проницаемости пористых материалов путем измсре- 15 ния скорости течения жидкости, продавливаемой через пористое тело, обеспечивающий определение локальных скоростей фильтрации вдоль всей поверхности исследуемого образца в широком диапазоне ско- 20 ростей с одновременным контролем равномерности порораспределенпя.

Сущность такого метода заключается в следующем: внешнюю поверхность исследуемого образца закрывают плотно прижатой 25 непроницаемой пластинкой со сквозным щслевым отверстием, в котором импульсным разогревом создают непрсрывньш фронт тепловой неоднородности и, регистрируя во времени изменения первоначальной формы 30 и скорости движения этой неоднородности, судят о характере посредством шлпрной аппаратуры. Абсолютное значение скорости получают, измеряя расстояние, пройденное тепловой меткой за фпкспрованньш промежуток времени.

Однако определяемая локальная скорость фильтрации является осредненной скоростью, степень осреднения которой определяется шириной щелевого канала. Абсолютное значение скорости в любой точке образца точно определить невозможно.

Шлпрная аппаратура не обеспечивает достаточной точности измерения, а ее световое поле ограничивает форму и размеры исследуемых образцов пористого материала.

Точность измерешш сштжается также вследствие проявления вязкостных эффектов прп достаточно низких скоростях фильтрации.

1(роме того, для подачи электрических импульсов напряжения необходимо сложное электронное устройство, а для создания напора продаглпваемой жидкости — сложная птдравлпческая установка.

Мпнима,.тьны определяемый диаметр пор ограничен опасностью разрушения пор вследствие значительного гидравлического чавлснпя в них.

744286

Наиболес близким техническим решение il к данному изобретению является способ измерения проницаемости материалов для паров органических жидl(ocTcй, заключак1щийся в пропускании через исследуемый образец паров органической жидкости, меченной радиоактивным изотопом с последующим радпометрпческпм анализом паров.

Однако этот спосоо требуcT слоя(ного оборудования для радиометричсского конгроля, зарядки и защиты обслуживающего персонала.

Целью изобретения является повышен! с точности определения коэффициента проницаемости. !5

УКаэанпая ЦЕ. П дОСТПГ

1,0 мкм, при соотношении объс.!ов газа и частиц от 10000: 1 до 50000: 1, в качсствс фиксатора локальных скоростей рабочего компонента используют лазерно-допп cpo»ский измсритсль скорости.

На чертеже изображена схема установки для реализацш! данного способа.

Установка содержит сухой исследуемый

ОбраЗЕц 1 ПОрПСтОГО ПрОНИцаЕМОГ0 Матер!тала, aa!(pe!1;!cl!II»!I в патрош 2, баллон 3 сп сжатым газом, содср>кащи!(! мсльчашп!!с 30 рассеиваюшие частички размером 0,1-—

1,0 мкм, полость баллона через редуктор -1 соединена трубкой 5 с внуTpcllllc!1 полоСТЬЮ ПатрОНа 2, II,Л аэерШ«1й дОППЛСрОВСКП!". измеритель скорости 6 с !Icpecc»c!l!Ic; лучей в точке 7, па расстоянии 1 — -1,5 мм о-. поверхности образца. Патрон 2 установлен на столике 8 с микрометрпчсским в1!птом 9.

Внутренняя полость патрона 2 сосдппспа с микроманомстром 10. 40

Способ реализуется слсдук1щим стбразом.

Открывают кран баллона 3 со сгкаты v! clзом, содержащим мельчайшие расссива!0щие частички, которьш через редуктор -1 поступает по трубопроводу 5 в полость заKphIToI 0 сверху Ilccl!cT ««емым oop33110 1 патрона 2, в котором создастся избыточное давление, измеряемое микроманомстром 10.

В результате созданного таким ооразом пс- 50 репада давлений между двумя сторонамп образца газ продавливастся через его поры. Локальная скорость фильтрации газ;! измеряется с наружной поверхности образца с помощью лазерного допплсровского 55 измерителя скорости 6, имеющего точку llcресечения лучей 7 и определяющего локальную скорость фильтрации по частотному смещению рассеянного частичками, содержащитмися в газе, свста. Для повышения (т0 точности измерения локальной скорости точку 7 пересечения лу!с1й! измерителя максимально приближают к поверхности 1!сслсдуемого образца 1. Затем с помощью микрОМЕтрпЧЕСКОГО »Инта 9 ПерЕМСПсаК1! С!О-ill!(с«5 где )I — - вязкость, и сек, м -;

V! локальная скорость ф:!.l: I p»ö! I;1, м/сек; б — толщина образца, м;

ЛР— перепад давления, н/!1- .

Эффективный локальный диамстр пор

D 1/Г 32l(i 2) i

П () где К; — локальный «o»ôôèöècíò !Ipo!II!v!смостп, вычисленный 10 формуле (1 ) « .т!2;

П вЂ” средняя пористосгь материала (известна). (Pl. Д1!!1!т Cl(OРOСТЬ фи 1»TPапт!

i!

V (3) где V; -- локальная скорость фильтрации в -и точке образца, м/сск;

n — ко:;è÷åñòâî точек.

Средний коэффициент проницаемости

К (4) и где К; — локальный коэффпцие !т проницаемости в 1-и точке образца, м - ; и — количество точек.

Эффективный средний размер пор

{5) и

fI

8, на котором укреплен патрон 2 с исследуемым образцом 1, на нскоторос расстояние и измеряют локальную скорость фильтрации в соседней точке образца и т. д. 1(,ол11чсство точек выбирается в зависимости от трсс1усмой To IEIocT;I определения.

Определив так!!м образом локальную скорость фильтрации газа в ках(дой точке образца и перепад давления с «»ух его сторон и зная среднюю пористость материала, все остальные локальные и средние параметры EI O структуры опредсля1от с помощью математических вычислений по формулам, базиру!ош!!мся на законе Дарси и теории всроятностсй. Правомсрностт, примс.— нения закона Дарси для определе ;!я параметро» пористого тела вытскаст из l oão, что зависимость скорости фильтрации от градиента давления (например, до 400 и/м- ),т,с. течение фильтрую1цсгося вещества носит ламинар ый характер. При этом лазерный допплсровский измеритель скорости позволяет измерять локальные скорости, рав I»Ic нескольким сантиметрам в секунду..с!оказ!»и Ьl и К 0 Э ф ф П Ц и H Ò I l P 0!I I I 4 H C:«! O C TII

I«. Vi o т; Р

744286 где Di — эффективный локальный диаметр пор в i-й точке образца, м;

n — количество точек.

Плотность вероятности распределения для каждого локального значения D, где о — основанное отклонение, определяемое как

Затем строят дифференциальные распределения пор по размерам в координатах: диаметр пор D; — плотность вероятности распределения f„.

Вероятность попадания D в интервал (Di, Dq) вычисляется по формуле:

P(D,(0(D,) = Ф (7) где Ф (х) — функция Лапласа (табличная величина).

Для упрощения вычисления можно заранее построить таблицы или графики для нескольких значений средней пористости материала, перепада давления и локальных скоростей фильтрации, по которым легко и быстро определяют интересующие структурные параметры.

Изобретенис позволяет повысить точность определения основных локальных и средних параметров структуры пористых проницаемых материалов, средняя пористость которых известна, увеличить разрешающую способность определения минимальных эффективных диаметров пор и определить достоверное распределение пор по размерам.

Способ прост в реализации и не требует сложного оборудования.

На параметры структуры образца продавливаемый газ с мельчайшими частичкамп не оказывает заметного влияния, в отличие от известного способа, где использование жидкости, в силу ее высокой вязкости, вносит заметную погрешность в результаты измерений.

Минимальная погрешность вносится прп измерении локальных скоростей фильтрации газа, поскольку лазерный допплеровский измеритель скорости отличается высокой стабильностью частоты излучения, точка пересечения лучей имеет очень малые размеры, а отсутствие какого-либо механнческого контакта при измерении с фильтрующимся газом нс вносит никаких пзмсне15 ний в процесс фильтрации.

Небольшой перепад давлений, необходимый для продавлнвання газа, и низкая вязкость газа не оказывают разрушающего действия на поры с минимальными диа20 метрами, что расширяет разрешающую способность их определения.

Способ позволяет выбирать очень большое количество измеряемых точек и получить достоверные результаты о распределе25 нпп пор по размерам.

На основании всех этик данных имеется возможность сделать достоверное заключение о равномерности, однородности пористого материала, его качестве.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента проницаемости пористых материалов с извест35 ной средней пористостью путем создания перепада давления по сторонам образца, продавливанпя через образец рабочего компонента, в частности газа с твердыми частицами, и измерения скоростей течения га40 за íà выходе из образца, отл и ч а ющи йс я тем, что, с целью повышения точности определения, фиксируют скорость потока над единичной порой, а в качестве твердых частиц используют частицы размерами от

45 0,1 мкм до 1,0 мкм, при соотношении объемов газа и частиц от 10000: 1 до 50000: 1, причем в качестве фиксатора локальных скоростей рабочего компонента используют лазерно-допплеровскпй измеритель скоро50 стн.

744286

1 едактор Н. 1(оляда

Заказ 774/!4 Изд. № 318 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )I(-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типография, ир. Сапунова, 2

Составитель Е. Маллер

Техред В. Серякова

Корректоры: Е. Осипова и А. Степанова