Способ и устройство для определения проницаемости пористых материалов

 

1. Способ определения проницаемости пористых материалов, включающий приведение в контакт исследуемого образца с жидкостью, пропитку образца под действием капиллярных сил и расчет величины проницаемости по максимальной высоте подъема жидкости.отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем приближения условий эксперимента к натурным и расширения технологических возможностей, после пропитки производят поэтапно локальный нагрев образца на заданньгх высотах, увеличивая тепловую мощность до критического значения, соответствующего пересыхания образца , затем определяют проницаемость по формуле h P«p(h), K{h): .-h И. MdKC где K(h) - проницаемость на высоте h; - вязкость жидкocтиJ Р - плотность жидкости, S - площадь поперечного сечения образца; У - скрытая теплота парообразования; - ускорение свободного падения; млкс максимальная высота подъема жидкости; h - высота, на которой сл производят нагрев; Р (h) - критическое значение модности на высотеh. 2. Устройство для определения проницаемости пористых материалов, включающее корпус с кареткой, выполненной с емкостью для жидкости и ел сл снабженной держателем образца,причем корпус устройства подсоединен к электрической схеме, отлисо чающееся тем, что, с целью повьш1ения точности определения пу тем приближения условий эксперимента к натурным и расширения технологических возможностей, оно снабжено нагревателем, установленным на держателе образца, выполненньм в виде биметаллического кольца с прорезью, причем с обоих торцов и внутренней поверхности нагреватель покрыт слоем теплоизолирующего материала .

СОЮЗ СООЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 А (19) (11) 4(51) G 01 N 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я л.

М

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 3650313/24-25 (22) 22.07.83 (46) 15.05.85. Бюл. )P 18 (72) В.К. Шелег, С.В. Конев, В.М. Капцевич, В.В. Мазюк,В.В. Савич и В.Б, Медведев (71) Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии (53) 531,731.082 (088 ° 8) (56) 1. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981 с. 93.

2. Васильев Л.Л. и др. Исследование характеристик капиллярно-пористых фитилей для низкотемпературных тепловых труб, ИФЖ, 1972, т.23, В 4, с. 606-611. (54) СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ Е10 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ определения прони. цаемости пористых материалов, включающий приведение в контакт исследуемого образца с жидкостью, пропитку образца под действием капиллярных сил и расчет величины проницаемости по максимальной высоте подъема жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем приближения условий эксперимента к натурным и расширения технологических возможностей, после пропитки производят поэтапно локальный нагрев образца на заданных высотах, увеличивая тепловую мощность до критического значения, соответствующего пересыхания образца, затем определяют проницаемость по формуле кн )= -г — „", . (6), 9 никс где <(") — проницаемость на высоте hi — вязкость жидкости, плотность жидкости, — площадь поперечного сечения образца;

3 — скрытая теплота парообразования; — ускорение свободного падения;

1)„ „, — максимальная высота подъема жидкости;

1) — высота, на которой производят нагрев;

Р (") — критическое значение KP модности на высоте1).

2. Устройство для определения проницаемости пористых материалов, включающее корпус с кареткой, выполненной с емкостью для жидкости и снабженной держателем образца,причем корпус устройства подсоединен к электрической схеме, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения путем приближения условий эксперимента к натурным и расширения технологических возможностей, оно снабжено нагревателем, установленным на держателе образца, выполненным в виде биметаллического кольца с прорезью, причем с обоих торцов и внутренней поверхности нагреватель покрыт слоем те л материала.

11559

Изобретение относится к технической физике, s частности, к способам и устройствам для определения проницаемости пористых материалов, применяемых в качестве капиллярных .S структур различных теплообменных аппаратов-испарителей, конденсаторов, тепловых труб, капиллярных насосов и т.д.

Известен способ для определения проницаемости пористых материалов, включающий создание перепада давления газа или жидкости на образце исследуемого материала, измерение при этом расхода и расчет искомой величины.

Способ осуществляется в устройстве, включающем патрон для крепления исследуемого образца, источник регулируемого давления, мано- 20 метр и расходомер E1l

Недостатком данных способа и устройства является то, что они дают только интегральную проницаемость пористого материала, которая не может характеризовать изменение проницаемости по высоте при движении жидкости через материал под действием капиллярных сил.

Наиболее близким по технической 30 сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ определения проницаемости пористых материалов, включаншщй приведение в контакт исследуемого образца с жидкостью,пропитку образца под действием капиллярных сил и расчет величины проницаемости по максимальной высоте подъема жидкости.

Способ осуществляется в устрой- 40 стве, включающем корпус е кареткой, выполненной с емкостью для жидкости и снабженной держателем образца, причем корпус устройства подсоединен к электрической схеме f.23.

Недостатками известных способа и устройства является низкая точность определения, обусловленная тем, что условия эксперимента далеки от натурных, и ограниченные 50 технологические возможности. Так, например, в тепловых трубах транспорт яащкости происходит при повышенной темнературе.Прн этом меняются физико-химические свойства жнд- 55 кости, такие как поверхностное натяжение, вязкость, а значит,,и проницаемость. Реализовать измерения по

P ф 53" Ь ах -h

K(4) — проницаемость на высоте ; — вязкость жидкости; — плотность жидкости, 5 — площадь поперечного сечения образца;

У вЂ” скрытая теплота паро-. образования; — ускорение свободного падения;

"р, „- максимальная высота подъема жидкости; — высота, на которой производят нагрев, Р р(И) — критическое значение мощности на высоте И.

Поставленная цель достигается. также тем, что для реализации способа известное устройство для определения проницаемости пористых материалов,включающее корпус с кареткой, выполненной с емкостью для жидкости и снабженной держателем образца, причем корпус ус.ройства подсоединен к электрической схеме, снабжено нагревател зм, установленным на держателе образца, выполненным в виде биметаллического кольца с прорезью, причем с обоих торцов и внутренней поверхности нагреватель покрыт слоем теплоизолнрующего материала. где

13 2 йзвестным способу и устройству в условиях повышенной температуры не изменив технической сущности нельзя.

Цель изобретения — повышение точности путем приближения условий эксперимента к натурным и расширение технологических возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения проницаемости пористых материалов, включающему приведение в контакт исследуемого образца с жидкостью, пропитку образца под действием капиллярных сил и расчет величины проницаемости по максимальной высоте подъема жидкости, после пропитки производят поэтапно локальный нагрев образца на заданных высотах, увеличивая тепловую мощность до критического значения, соответствующего пересыханию образца, затем определяют проницаемость по формуле

В качестве теплоизолирующего материала можно использовать например асбест, тефлон, эмаль и т.п.

На фиг.1 представлено устройство для определения проницаемости порис тых материалов, общий вид, на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

Устройство состоит из каретки 1, на которой закреплен исследуемый образец 2. Каретка выполнена с емкостью для жидкости 3 таким образом, что нижний край исследуемого образца после закрепления в каретке оказывается смоченным. Уровень жидкости в емкости поддерживается постоянным сйециальным устройством.

Каретка 1 установлена в направляющих 4 с возможностью перемещения в вертикальном направлении, причем ход каретки больше длины закрепленного на ней образца. Перемещение каретки осуществляется от редуктора 5 вручную или от электродвигателя. На полом стержне 6 установлен нагреватель 7 в виде разре. занного биметаллического кольца.

Оба торца и внутренняя поверхность кольца покрыты слоем теплоизолирующего материала, например асбеста, тефлона, эмали и т.п., с целью практически полного отвода подводимого тепла в образец.

В нормальных условиях диаметр нагревателя меньше внутреннего .диаметра образца, что обеспечивает свободное перемещение их один относительно другого. Снаружи к поверхности образца на одном уровне с нагревателем прижат датчик 8 температуры, установленный на плоской пружине 9. В качестве датчика температуры может использоваться термопара, терморезистор и т.п. Пружина с датчиком подводится к поверхности образца винтом 1О.

Вместо винта может использоваться также электромагнит. Все элементы устройства собраны в корпусе 11.

Нагреватель подключен к регулируемому блоку 12 нагрева и ваттметру

13, а датчик температуры — к показывающему прибору.

Устройство работает следующим образом.

Каретку 1 опускают в крайнее нижнее положение. Емкость в каретке заполняют жидкостью 3 и уста1155913 4 навливают исследуемой образец 2.

Затем каретку с образцом поднимают в крайнее верхнее положение. При этом нагреватель 7 входит внутрь образца. B этом положении к внешней поверхности образца подводят датчик 8 температуры. После выдержки, достаточной для пропитки образца на высоту выше зоны нагре10 ва (4-5 мин}, включают регулируемый блок 12 нагрева и постепенно увеличивают подводимую мощность, одновременно следят за температурой поверхности исследуемого образца в

1$ зоне нагрева.

Пока в порах образца в зоне нагрева находится жидкость, температура поверхности не превышает

20 температуры кипения жидкости. При достижении подводимой мощностью критического значения Р„ происходит пересыхание образца в месте нагрева и резкое увеличение тем2S пературы. Определив значение критической мощности, блок 12 нагрева выключают. Так как нагреватель 7 выполнен в виде разрезного биметаллического кольца, то при нагреве он увеличивает свой диаметр, плотно прилегая к образцу и обеспечивая этим эффективную теплопередачу, а при охлаждении уменьшает свой диаметр, обеспечивая свободное перемещение нагревателя относительно

35 образца. Отводя от поверхности образца датчик 8 температуры, каретку с образцом опускают на нужную высоту и производят определение критической мощности в следующей зоне образца. Таким образом, получают зависимость критической тепловой мощности от высоты подъема жидкости в образце.

Затем определяют максимальную высоту подъема жидкости как высоту, при приближении к которой критическая мощность стремится к нулю. После 0 чего по формуле рассчитывают проницаемость образца пористого материала на нужной высоте.

Предлагаемые способ и устройст .во позволяют повысить точность onределения. проницаемости пористых материалов за счет создания реальных условий и устранения погрешнос1155913

Составитель Е. Карманова

Техред М.Надь КорректорЕ. Сирохман

Редактор И. Касарда

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3131/38

Филиал ППП "

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

11 ти известного способа на 137. и расширить технологические возможности, так как способ и устройство дают возможность исследовать любые образцы пористых материалов — металлические и неметаллические.