Способ определения массообменных характеристик пористых материалов

Патент 890160

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТЕЛЬСТВУ

Союз Совет скин

Соцналнстнческнк

Реслублнк

< 890160 (6l ) Дополнительное к ввт. свнд-ву " (22) Заявлено 21. l 2. 79 (2! ) 2856365/18-25 (51)M. Кл.

С 01 Й 15/08

G 01 и 5/02 с присоединением заявки.%! оеударстеенный комитет (23) Приоритетно делам нэобретеиий н открытий

Опубликовано 1 5. 12. 81. Бюллетень,м; 46

Вата опубликования описания 1 5 . 1 2 . 81 (53) ÓÄ3 539.217..! (088,8) 1

Е.И.Готовцева, И.А.Немковский, Г.И.Муравьева1 и Г,A.Ïðoòàñoâ!

I с

Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт автогенного машиностроения (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и може быть использовано для контроля качества капиллярно-пористых материаJloB в различных отраслях промышленности °

Известен способ определения массообменных характеристик пористых материалов, заключающийся в измере нии объема жидкости, поглощенной пористым телом, приведенным в сопри-, косновение с жидкостью (1j

Недостатком способа является невозможность получения информации о структуре образца.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения массообменных характеристик, заключающийся в приведении торца испытываемого образца в контакт со смачивающей жидкостью и регистрации изменения массы образца по мере впитывания им жидкости 2).

Однако реализация способа также не позволяет получить информацию о структуре пористого тела, что является его основным недостатком.

Целью изобретения является повышение информативности способа путем обеспечения возможности определения распределения пор по радиусам.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа определения массообменных характеристик пористых материалов, заключающегося в приведении торца испытываемого образца в контакт со смачивающей жидкостью в непрерывном измерении массы образца по мере впитывания им жидкости, одновременно регистрируют высоту капиллярного поднятия жидкости и по полученным кривым рассчитывают распределение пор по радиусам.

При проведении опыта торец образца может соприкасаться с поверхностью жидкости или находиться несколько ни" же ее, но положение торца относитель"

3 89016 но уровня жидкости должно оставаться постояннным для того, чтобы исключить изменение выталкивающей силы жидкости.

Сущность способа базируется на известной зависимости высоты капиллярного поднятия (h) от эквивалентного радиуса пор (rz<15) и свойств смачивающей жидкости, Каждой величине r> соответствует своя равновесная величина h соглас- 1р но уравнению Лапласа: об rzz>cos 9= вгик S.g где Q " поверхностйое натяжение жидкости;

S - плотность жидкости;

g - угол смачивания материала жидкостью;

g " ускорение свободного падения.

В процессе поднятия жидкости в полидисперсной капиллярно-пористой структуре образца в каждый момент времени достигается равновесное сос тояние для пор соответствующего радиуса. При этом изменение массы образца в период между текущими измерениями, отнесенное к общей массе жидкости, вошедшей в образец, определяет долю пор соответствующего эквивалентного радиуса.

На фиг.1 схематично представлен процесс капиллярного поднятия в полидисперсной пористой системе во времени (в каждый момент времени Т1 до- 35 стигается определенная величина капиллярного поднятия й1, соответствующая равновесному заполнению капилляров с радиусом r+<@> r„. и неравновесному заполнению с rBI(@> r„-); на 4О фиг.2 - кривые, характеризую((ие изменение массы образца и высоты поднятия жидкости по образцу во времени; на фиг,3 " распределение пор по размерам. 45

На фиг.1 обозначено: mo - масса сухого образца; m1 (и;),и) g - масса пропитываемого образца в момент времени

Г (г2 С-лсоответственно h4 h2 3 фйксйруемая величина капиллярного

ПОДнЯтия 8 MQMBHT ВРемени З1 () соответственно; г„; г ; г вЂ” эквивалентные радиусы капилляров, Двойной чертой на фиг.1 выделен равновесный уровень капиллярного поднятия для капилляров соответствующ)его радиуса.

Взаимосвязь между массой жидкости и высотой капиллярного поднятия в

0 каждый момент времени можно записать следующим образом.

2 2

Для момента 31 п),,=п) +gh1 (г +г +

+г ) ф;

Для момента Cgmg=B1+I (hy-h<) (r<+

+" ) ()=m@Ff (h4 " +"2(+" °

Для момента Cq m> вЂ” m1+1((h1-h2) r>g= +ж((ьр-h< ) r + (h -ь,,) г Зг= и с, + -

+ h1, г1+ 1 г2+" г )3 °

Выражение для относительной доли капилляров, например радиуса r> в общем объеме пор можно записать, как

®65гЭ T

mó mo

Подставив в это выражение значение r, определяемое из соотношения

2 п = и +lu(h> пг) г З получим (mw-и) а.) h 3 лвЂ” п)Ъ п)о (1 3 2)

Аналогичные выражения можно получить и для капилляров других радиусов, В общем виде относительную долю капилляров данного радиуса можно записать:

Дп)1 h1

Ддm bh;

Здесь член вЂ” 1-. представляет собой

Хь)п11 изменение массы"образца между текущими измерениями, отнесенное к общей массе жидкости, вошедшей в образец.

Величина %1. g4 определяет степень дробления интервала эквивалентных радиусов исследуемых пор и может быть выражена через соответствующие г „., Она учитывает также неравенство скоростей поднятия жидкости по капиллярам равного радиуса (поскольку при выводе было сделано допущение о равенстве этих скоростей).

Величину gyp $1 6Ü„ óäoáío получать иэ графика m=f(-1Г ) методом касательных и кривой m- Я для текущих моментов времени .(фиг.2), которые выбираются по кривой h=f(7) или п=Г(1Ц в зависимости от интересующих нас r>I(1)„ определяемых из г КВ= 5(h)

Задавшись интересующими значениями

r иэ сООтнОшениЯ h= < „ опре

2боов У деля ют соответствующие з на ч ения h, Далее на кривой m=f (<) (фиг.2) находят значения m соответствующие ранее определенным значениям h. Проведя касательные к кривой m=f(I),") в точках mq,m2,mg, получают отрезки

ИЪ31 t 4 вЂ” вЂ” а затем вычисляют отношеу при этом член

890160

<с дг. в знаменателе учитывает нерав1 номерность разбиения по радиусам

hm, h< п.=----------=f(r), чем и достигаетк дЬ„,д п„ ся поставленная цель.

П р и,м е р . Определяют распределение пор по радиусам в капиллярно-пористом алюминиевом покрытии, нанесенном методом газотермического напыления на теплообменные трубы ф 20 мм.Толщина покрытия 0,3 мм. Измерения проводят на установке, позволяющей осуществлять непрерывную регистрацию изменения массы и высоты поднятия жидкости по покрытию во времени.

В качестве рабочей среды используют ацетон, который хорошо смачивает алюминий. Образец погружают в сосуд с ацетоном на глубину 5 мм; Моменты замера массы образца и высоты капиллярного поднятия выбираются с учетом удобства построения графиков с временной координатой . По полученным данным строят график (h; C) и (ш;-Д) с общей осью абсцисс, на которых производят указанные расчеты.

Иа фиг.3 представлено распределение пор в исследованном газотермическом покрытии, полученное предлагаемым способом. Программа построена в координатах ",y", при этом

;Е hyylj Дт 1 1 выбор ординаты сделан с учетом возможного неоднородного интервала ра ичсов пор, Преимуществами предлагаемого способа определения распределения пор по радиусам в пористых материалах по сравнению с известными являются: простота методики, обуслов" ленная использованием широко распро" страненных средств измерения; возможность получения всей кривой распределения пор по радиусам.

Формула изобретения

Способ определения массообменных характеристик пористых материалов, заключающийся в приведении торца испытываемого образца в контакт со смачивающей жидкостью и непрерывном измерении массы образца по мере впи1 тывания им жидкости, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повы" шения информативности способа, одновременно регистрируют высоту капиллярного поднятия жидкости и по полу". ченным кривым рассчитывают распределение пор по радиусам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 290204, кл. G О1 и 15/08, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР,по заявке Г 2888368,.кл. G 01 N 15/08, 1980 (прототип).