Устройство для определения массообменных свойств капиллярно- пористых систем

Устройство для определения массообменных свойств капиллярно- пористых систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕЯЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву

{22) Заявлено 210979 (21) 2824018/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет («894484 (51)М. Кл.з

С 01 N 15/08

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.1281. Бюллетень " 48 (53) УДК 539.217..1(088 ° 8) Дата опубликования описания 30.1281

Э.Д. Ершов и В.Г. Чеверев 1 ""

Яосковский ордена Ленина и ордена Трудового" Краснега.Зндчейи государственный университет им. И.В.Ломоносова (72) Авторы изобретения (73 ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИАССООБИЕННЫХ

СВОЙСТВ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ CHCTEM

Использование в этом устройстве фитилей для подпитйвания образца водой не обеспечивает полного и равномерного смачивания его торцовой поверхности, затрудняет точное измерение плотности-миграционного потока влаги, что является причиной недостаточной надежности устройства и вносит. существенную часть погрешностей в результаты определения массообменных характеристик. Кроме того, в устройстве конструктивно не предусмотрена воэможность достаточно быстрого демонтажа кассеты с целью незамедлительного послойного определения характера распределения.по высоте образца влагосодержания.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения массообменных свойств капиллярно-пористых систем, например, горных пород и почв, содержащее преднаэначенИзобретение относится к исследованиям физических свойств дисперсных систем и может быть использовано в мерзлотоведении, гидрогеологии, инженерной геологии, агрофизике и строительной теплофиэике для определения массообменных характеристик капиллярно-пористых тел, например, горных пород, почв.

Известно устроиство для определения массообменных свойств капиллярнопористых систем, реализующих нестационарные условия массообмена (1) .

Недостатками таких устройств являются отсутствие строгого теоретичес- 35 кого обоснования методов, принципиальная невозможность получения полной зависимости массообменных свойств от влагосодержания с одного испытуемого образца, ограниченность приме- 20 нения узким диапазоном определения массообменных характеристик испытуемого образца по влагосодержанию, необходимость наличия и использования эталонных образцов с точно известны- 25 ми массообменными свойствами и др.

Известно Устройство, основанное на стационарном принципе, которое включает в себя кассету с испытуемым образцом, воэдуховод и фитили. Мас- 30 сообмен образца с внешней средой осуществляется путем испарения влаги в воздуховод с открытой поверхности образца, а стационарность режима достигается с помощью непрерывной подачи воды к противоположному торцу образца f2) .

894484 ный для размещения образцов цилиндрический корпус с установленными по

его высоте датчиками тензиометров и подсоединенную к нему через штуцер мерную трубку для подачи воды к образцу (3).

Однако это устройство недостаточно надежно и не позволяет получить необходимую точность определения массообменных свойств капиллярно-пористых систем.

Цель изобретения — повышение точ- 1О ности и надежности определенчя массо-, обменных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения массообменных свойств капиллярно-порис- Я тых систем например, горных пород и .почв, содержащем предназначенный для размещения образцов цилиндрический корпус с установленными по его высоте датчиками тензиометров и под-. 2О

coåäèíåííóþ к нему через штуцер мерную трубку для подачи воды к образ— цу, корпус выполнен из соединяемых между собой кольцевых секций, нижняя из которых снабжена установленной над дном корпуса сеткой, между которой и дном расположен штуцер для подсоединения мерной трубки.

На чертеже показана схема устройства для определения массообменных свойств капиллярно-пористых систем.

На основании 1 установлен цилиндрический корпус 2„ штатив 3, вентилятор 4 с воздуховодом 5. Корпус прецназначен для размещения в нем испытуемого образца б и состоит из соеди- 35 ненных между собой кольцевых секций— плексиглаэовых колец 7, которые при необходимости могут свободно отделяться друг от друга. B нижней секции над дном 8 корпуса 2 установлена металлическая сетка 9, между которой и дном 8 закладывается слой влажного кварцевого песка. Последний предназначен для равномерного увлажнения нижнего торца испытуемого образца 6 и подачи к нему воды из мерной капиллярной трубки 10, которая подсоединена к корпусу 2 через штуцер 11, расположенный между дном 8 и сеткой 9.

Сетка 9 предохраняет попадание песка в мерную трубку 10. С помощью мерной трубки 10 можно достаточно точно по скорости движения мениска воды определить плотность миграционного потока влаги в образце б. В корпусе 2 предусмотрены отверстия для ввода 55 тонкопористых керамических датчиков

12 тензиометра, который состоит из прозрачных гибких соединительных трубок 13, заполненных вакуумирован— ной водой, газовых "ловушек" 14 и @ вакуумметров 15, закрепленных на штативе 3. Корпус с испытуемым образцом установлен надомкратике 16,с помощью которого верхний торец образца 6 вводится в отве >стие воздуховоДа 5. ВентилятоР 4, установленная после него заслонка 17, воздуховод 5, в котором установлены нагреватель 18, термометр 19 и анемометр 20, предназначены, в целом,для создания, регулирования и контроля над испаряющей поверхностью образца потока воздуха заданной скорости и температуры. устройство работает следующим образом.

Опыт проводится в три этапа.

ПодготовктЕльный этап заключается в том, что дно 8 корпуса 2, расположенного на опущенном домкратике 16, за по> н"..естся слоем OTMbIToro KBapUeaoro песка, капиллярнонасыщенного водой.

С помощью резинового патрубка к штуцеру 11 подсоединяется мерная трубка 10, имеющая сливной и наливной краники. Через наливной кран, при закрытом сливном кране, мерная трубка 10 и соединительный патрубок со штуцером заполняются водой, после чего наливной кран закрывается. Далее на дно 8 ставятся соединенные между собой кольца 7 с вставленным в них образцом б, высота и диаметр которого совпадают с высотой цилиндрического корпуса 2 и его внутренним диаметром.

Верхний торец образца 6 в подготовительном этапе закрыт влагонепроницаемой пленкой. После введении в образец б датчиков тензометрического устройства 12 домкратиком 16 корпус 2 с образцом б поднимается вверх, и верхний торец образца б в результате подводится к отверстию в воздуховоде.

5. После насыщения образца б водой до полной капиллярной влагоемкости, что фиксируется по прекращению движения мениска воды в мерной трубке 10 и нулевым показаниям вакуумметров

15. Подготовительный этап завершается

Второй этап опыта заключается в доведении процесса массопереноса в образце до стационарного состояния.

С верхнего торца образца б снимается влагоизоляционная пленка и осуществляется (с помощью заслонки 17) постепенное увеличение скорости воздушного потока (а при необходимости и его температуры посредством нагревателя 18) для обеспечения оптимального испарения влаги с образца и создания соответственно, оптимальной плотности миграционного потока влаги в самом образце. Во время опыта измеряются величины потенциалов влаги по показаниям вакуумметров 15, скорости движения мениска в капилляре 10, температура и скорость потока воздуха в воздухаводе 5. Поддержание постоянства термодинамических условий паровоздушного потока над верхним торцом испытуемого образца и непрерывная подача воды к его нижнему торцу приводит к установлению стационар 894484 ного режима влагопереноса, момент до-. стижения которого фиксируется по не-изменности показаний тенэиометров и скорости движения мениска в мерной капиллярной трубке 10. Эти же показания в дальнейшем используются в окончательных расчетах.

Третий завершающий этап апыта состоит в нахождении распределения вла".: госодержания, объемного веса по высоте образца 6 на момент установления стационарного режима массообмена.

Через нижний краник оставшаяся вода сливается из мерной трубки 10. Последняя отсоединяется от корпуса. Иэ образца 6 вынимаются датчики 12 тензиометров. Домкратик 16 опускается,и корпус 2 с образцом 6 снимается. Далее поочередно вынимаются кольца 7, образец 6 быстро разрезается на слои,и для каждого слоя в отдельности определяется влагосодержание тела и его Щ объемный вес. Затем рассчитывают главные массообменные характеристики: зависимость потенциала влаги, изотермическая массоемкость, коэффициенты .. диффузии и массопроводности от влаго- yg содержания капиллярно-пористой системы.

По сравнению с известными предлагаемое устройство обеспечивает су- щественное повышение точности и на",. дежноати измерений, дает воэможность одновременно определять с одного образца все основные массообменные характеристики его в широком диапазоне по влагосодержанию, составу и строению исследуемого объекта и может найти широкое эффективное применение при решении задач тепломассообмена, что позволяет повысить качество оценки грунтов как оснований инженерных сооружений, решать задачи по оценке баланса подземных вод, нефтенасыщенности пород, влажности почв и оптимизировать процессы сушки и т.п.

Формула изобретения

Устройство для определения массообменных свойств капиллярно-пористых систем, например, горных пород и почв, содержащее предназначенный для размещения образцов цилиндрический корпус с установленными по его высоте датчиками тензорезисторов и подсоединенную к нему через штуцер мерную трубку для подачи воды к образцу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности определения, корпус выполнен иэ соединяемых между собой кольцевых секций, нижняя из которых снабжена установленной над дном корпуса сеткой, между которой и дном расположен штуцер для подсоединения мерной трубки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 673902, кл. G 01 и 25/56, 1978.

2. Лыков A.Â. Теоретические основы строительной теплофизики. Минск, изд-во, AH БССР, 1961, с. 55-67.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 669271, кл. G 01 и 15/08, 1978 (прототип).

Составитель B.Êêàåâ

Редактор H.Безродная ТехредЕ. Харитончик Корректор С.Шекмар

Заказ 11471/б7 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4