Устройство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов

Устройство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (976351

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 21. 07. 80 (21) 2958163/18-25 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 23 11 82. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 23 ° 11 ° 82 (5!)М. Кл.

G М М 13/00 осударстеанныа квинтет

СССР но делам изобретений н открытнй (53) УДК 543 ° 542 (088.8}

Г

В.А. Бодров, А.М. Глобус и В.M. Сироткин т

Агрофизический научно-исследовательский енса;цтут4 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

КАПИЛЛЯРНОЙ ДИФФУЗИИ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

2 ния (1).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициентов капиллярной диффузии образцов ненасыщенных пористых материалов, например почвогрунтов нарушенного или ненарушенного сложения.

Известно устройство для определения коэффициентов переноса - коэффи- 1о циента капиллярной диффузии D(Q) и коэффициента влагопроводности К(9) ненасыщенных пористых материалов, содержащее две пористые мембраны, между которыми помещают образец пористого материала. С помощью специальных приспособлений можно создавать на мембранах различные измеряемые давления и измерять поток жидкос- и через систему мембраны-образец. Коэффициент влагопроводности рассчитывается по величине . потока и создаваемого градиента давлеОднако измерения с помощью данного устройства длительны и трудоемки, кон струкция его весьма сложна, а.диапазон измерений коэффициента переноса узок.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой" ство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов, содержащее колонку для образца ненасышенного почвогрунта ненарушенного ипи нарушенного сложения, пористую мембрану и питатель, представляющий собой поршневой насос, поршень которого перемещается эксцентриком специальной формы, обеспечивающим умень" шение потока жидкости из насоса пропорционально корню квадратному из времени. Устройство снабжено приспособлением для быстрого измерения влажности тонкого верхнего образца, С помощью такого устройства за несКолько часов может быть получена зависимость

976351 коэффициента .капиллярной диффузии О от влажности практически во всем диапазоне ее измерения (2j.

Однако известное устройство сложно в изготовлении и в работе, требует ,значительного времени на подготовку к работе,. имеет большое число сменных элементов (насосы разного размера, эксцентрики, двигатели), содержит много движущихся частей, поэтому ненадежно. 10

Целью изобретения является повышение надежности конструкции, точности измерений и сокращение времени проведения экспериментов.

Поставленная цель достигается тем, tS что в устройстве для определения ко,эффициента капиллярной диффузии, пористых материалов, содержащем колонку для образца с пористой. мембраной и приспособлением для измерения влажности верх-26 него слоя образца и питатель, питатель выполнен в виде снабженного игольчатым краном напорного сосуда, площадь поперечного сечения которого S связана с высотой h соотношением 2S где Ч -; h и h <- мини- з мальный и максимальный йапор в питателе, В устройстве создают поток влаги в образец, уменьшающийся пропорционально корню квадратному во времени.

Этот поток поступает на поверх33 ность образца через пооистую мембра" ну из гидрофобного материала, напри" мер фторопласта, не имеющую гидравлического контакта с образцом, абсолютная величина потока задается с помо-

4ф щью игольчатого крана.

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид. .Образец пористого материала 1, помещенный в жестко закрепленную колонку 2, поддерживается подогнанной к колонке 2 пластиной 3, которая может перемещаться относительно колонки при вращении винта 4 в неподвижно закрепленной гайке 5, перемещая при этом образец 1. Перемещение образца измеряется с помощью прикрепленной к пластине 3 миллиметровой линейки б и прикрепленной к гайке 5 нониусной шкалы с точностью до 0,1 мм. Питающая насад- ка 7 с пористой мембраной 8 подсоединяется гибким шлангом к игольчатому крану 9, который через трехходовой ф кран 10 соединяется с сосудом 11 для заполнения системы и с напорным сосудом-питателем 12 специальной формы.

Кран 13 служит для слива жидкости из системы.

Устройство работает следующим образом.

Через кран 10 напорный сосуд-питатель 12 и снятая с колонки 2 питающая насадка 7 заполняется жидкостью из сосуда 11. Образец 1. пористого материала, доведенный до воздушно-сухого состояния, помещается в колонку 2 на пластину 3. При работе с образцами почвогрунтов ненарушенного сложения поверхность образца подрезается по верхней кромке колонки 2, затем посыпается пропущенной через сито 1 мм воздушно-сухой почвой, идентичной почве образца, слегка утрамбовывают и снова подрезается по верхней кромке.

При работе с образцами нарушенного сложения достаточно одного подрезания. Такая подготовка поверхности образца позволяет получить ровный фронт смачивания и хорошую воспроизводимость результатов. Затем заполненная питающая .насадка 7 помещается на верхний торец колонки 2, причем между пористой мембраной 8 и поверхностью образца 1 создается небольшой зазор (0,5-0,8 мм) для ликвидации гидравлической связи образца и насадки;

Игольчатый кран 9 устанавливается в одно из положений, которые определяются предварительно при калибровке ,устройства, и задает определенную начальную величину потоку через него.

«Открывается кран 10 и жидкость из сосуда-питателя 12 через насадку начинает поступать на поверхность образца 1. Равновесная влажность в верхнем слое образца устанавливается очень быстро: в течение 10-12 мин — при самых слабых потоках и в течение 3 мин при самых больших. Во время опыта снимают динамику. впитывания по прикрепленной к сосуду 12 специальной шкале: динамика является контролем необходимого временного режима потока и одновременно по ней легко рассчитать сорптивность .образца при таком режиме потока. По прошествии указанного промежутка времени перекрывают кран 10, снимают насадку 7 с колонки 2 и, вращая винт 4, перемещают образец 1 так, чтобы он выступил из колонки 2 на 1 мм после чего выступающая часть образца быстро срезается и используется в

1 6

Игольчатый кран при используемых в устройстве напорах должен полностью в открытом положении обеспечивать hpo хождение через него 100 см жидкости за 3 мин.

Предлагаемое устройство не имеет движущихся элементов, помоще известно" го по констру ци и удобнее в работе, а потому более надежно, устройство не имеет сменных элементов, что позволяет быстрее подготавливать его к опытам, а следовательно, сокращать вре" мя эксперимента. Кроме того, предлагаемое устройство дешевле и позволяет получать более подробную зависимость

0(9) по сравнению с известным.

Устройство может быть использовано в лабораториях,.изучающих гидрофиэические свойства почвогрунтов и других пористых сред. Устройство нетрудно изготовить в лабораторчи.

Формула изобретения. Устройство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов, содержащее колонку для образца с пористой мембраной и приспособлением для измерения влажности верхнего слоя образца и питатель, о т" л и ч à ю щ e e с я тем, что, с целью повышения надежности конструкции, точ" ности измерений и сокращения времени проведения экспериментов, питатель выполнен в виде снабженного игольчатым краном напорного сосуда, площадь поперечного сечения которого S связана с высотой h соотношением где Ч - объем сосуда; h< и Ь вЂ” минимальный и максимальный йапор в питателе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Глобус А. M. Экспериментальная гидрофизика почв. Л., Гидрометеоиздат, 1969, с. ?02-209.

2. Flux controlled sorptivity measurements to determine зо11 hydroulic

property functions.-"Soil Sci. Soc.

Am l", 1979 43 1 5 р. 827-834 (прототип).

5 97635 качестве пробы определения влажности гравиметрическим способом, время взятия образца на влажность не более

10 с.

После этого срезается промоченная часть образца, поверхность образца подготавливается аналогично, дополня-. ется жидкостью сосуд-питатель 12, игольчатый кран 9 устанавливается в новое положение, и опыт повторяется 10 при другой величине потока, задаваемой игольчатым краном.

ll р и м е р. Наиболее. часто при изучении гидрофизических свойств почв применяют образцы диаметром 10 см и 1э высотой 10-12 см (поскольку образцы меньшего диаметра часто бывают недостаточно представительными, а образцы большей высоты без нарушения сложения трудно получить). В аналогичном устройстве Дирксена при работе с образцами таких размеров максимальный объем воды, поступивший в образец за время опыта. не превышал 100 см . Fcли выбрать в качестве начального и 2s конечного напоров h =10 см и h =О,1 см, то для поперечного сечения напорного сосуда получим, 17. 57

З0

Из технических соображений в качестве сечения удобно выбрать прямоугольник, длина l которого постоянна, а ширина х меняется,,обеспечивая необходи мое изменение площади. Поэтому

17.57 ,S= lxи х = -----"-. еь

Выбрав 1 равным 10 см, получим

47.57 х = «%-э-/Г40

В этом случае х меняется от 5556 см до 0,06 см при изменении h от

0,1 до 10 см.

Напорный сосуд изготавливается из оргстекла при его калибровке на лиУ

45 цевую плоскую стенку наносится шкала, показывающая объем жидкости в сосуде.

Питающая насадка 7 имеет диаметр, равный диаметру колонки, пористая мем" брана 8 изготавливается из гидрофобного матеоиала, например фторопласта-, и перфорируется строго одинаковыми отверстиями диаметром 1,5-2 мм, равномерно разнесенными по ее поверхности, толщина пористой мембраны 8 примерно равна диаметру отверстий °

976351

Щр

Составитель Н. Меньшенина

Техред M.Ãåðãåëü: Корректор Е. Рошко

Редактор Л. Гратилло

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

Заказ 8995/71 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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