Способ определения распределения пор по размерам

 

Использование: в контрольно-измерительной технике для изучения фильтрационных и гидравлических свойств фильтрующих материалов, в частности для определения распределения пор по размерам. Сущность изобретения: измеряют скорость и время свободного истечения заданной массы газа, находящейся в герметичной камере под избыточным давлением, через сухой и пропитанный жидкостью образцы при одинаковом перепаде давления на них. Распределение пор по размерам вычисляют из соотношения Σ F_iF_Σ=W_ci·T_ci/W_прi·T_прi где Σ F_i - суммарная площадь открытых пор при i-том перепаде давления на пропитанном жидкостью образце; F_Σ - суммарная площадь сквозных пор всех размеров в материале; W_ci, W_прi - скорости газа через сухой и пропитанный жидкостью образцы при i-ном перепаде давления на них, T_ci, T_прi - время истечения заданной массы газа через сухой и пропитанный жидкостью образцы при i-ном перепаде давления на них.

Изобретение относится к контрольно - измерительной технике, а именно, к области изучения фильтрационных и гидравлических свойств фильтрующих материалов, и может быть использовано для оценки показателей их качества.

Известен способ определения распределения пор по размерам, при реализации которого получают интегральную зависимость изменения площади открывающихся пор в пропитанном жидкостью образце от перепада давления на нем.

Недостатком указанного способа является низкая чувствительность управления расходом газа, из-за того, что цепь последовательно соединенных элементов не является реверсивной, ввиду чего снижается точность определения распределения пор по размерам.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ определения основных параметров структуры пористых проницаемых тел, заключающийся в пропускании газа под давлением через сухой и пропитанный жидкостью образцы.

Однако известный способ имеет недостатки, заключающиеся в том, что при математической обработке характеристик расхода газа от давления производят графическое дифференцирование экспериментальных зависимостей, что существенно снижает точность способа и увеличивает трудоемкость за счет большого объема вычислений.

Целью предлагаемого способа является повышение точности и снижение трудоемкости определения распределения пор по размерам.

Указанная цель достигается тем, что измеряют скорость и время свободного истечения заданной массы газа, находящейся в герметичной камере под избыточным давлением, через сухой и пропитанный жидкостью образцы при одинаковом перепаде давления на них, а распределение пор по размерам вычисляют из соотношения = , где Σ F_i - суммарная площадь открытых пор при i-том перепаде давления на пропитанном жидкостью образце: F _Σ - суммарная площадь сквозных пор всех размеров в материале; W_ci, W_прi - скорости газа через сухой и пропитанный жидкостью образцы при i-том перепаде давления на них; T_ci, T_прi - время истечения заданной массы газа через сухой и пропитанный жидкостью образцы при i-том перепаде давления на них.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что распределение пор по размерам определяют по соотношению произведений скоростей и времен свободного истечения заданной массы газа, находящейся в герметичной камере под избыточным давлением, через сухой и пропитанный жидкостью образцы при одинаковом перепаде давления на них.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Известно техническое решение, в котором газ, заключенный в камере, пропускают через пропитанные жидкостью эталонный и контролируемый образцы. Однако применяемая в нем последовательность действий не позволяет выяснить распределение пор по размерам, которое определяется в заявляемом техническом решении.

Это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Сравнение истечения заданной массы газа, находящейся под избыточным давлением в герметичной камере, через сухой и пропитанный жидкостью образцы, обеспечивает при одинаковом перепаде давления на них возможность определения доли площади открытых пор в пропитанном жидкостью образце по отношению произведений скоростей и времен истечения газа через эти образцы.

В соответствии с законом Бойля-Мариотта для заданной массы газа процесс ее истечения из камеры характеризуется постоянством произведения давления на занимаемый объем. Поэтому, изменение давления газа от его первоначального значения до остаточного значения давления в камере характеризует одинаковую величину количества газа, проходящего через сухой и пропитанный жидкостью образцы, при одинаковом значении перепада давления на них в указанном диапазоне.

Поскольку при уменьшении перепада давления площадь открытых пор в пропитанном жидкостью образце уменьшается, а в сухом - остается постоянной, то произведение скорости и времени истечения одинаковых удельных объемов газа будут обратно пропорциональны отношению площадей открытых пор этих образцов при одинаковом значении перепада давления на них.

Предлагаемый способ определения распределения пор по размерам реализован следующим образом. В герметичной камере создают избыточное давление Р величина которого должна быть равна или несколько больше давления открытия наименьшего размера пор, определяемого известной зависимостью Кантора для равновесного капиллярного давления. При этом заданная масса газа будет занимать объем U. Открытием быстродействующего клапана обеспечивают свободное истечение газа через пропитанный жидкостью образец. Давление в камере будет изменяться от его первоначального до некоторого остаточного значения, характеризующего размер максимальных пор. Для каждого фиксированного значения давления истечения газа в указанном диапазоне его падения, известными способами измеряют скорость и время истечения. Скорость и время истечения газа через сухой образец измеряют при этих же фиксированных значениях давления газа в указанном диапазоне его падения.

Количество газа, проходящее через пропитанный жидкостью образец, определяют по зависимости U1_i= W_прi Т_прi Σ F_i , где W_прi - скорость потока газа через пропитанный жидкостью образец при i-том перепаде давления на нем; Т_прi - время истечения заданной массы газа через пропитанный жидкостью образец при i-том перепаде давления на нем; Σ F_i - суммарная площадь открытых пор в пропитанном жидкостью образце при i-том перепаде давления на нем.

Поскольку U1_i=U2_i, а F _Σ = сonst, где U2_i - количество газа, проходящее через сухой образец при i-том перепаде давления на нем; F _Σ - суммарная площадь сквозных пор всех размеров в материале, то = .

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОР ПО РАЗМЕРАМ, заключающийся в пропускании газа под давлением через сухой и пропитанный жидкостью образцы, находящиеся в герметичной камере, и вычислении искомого параметра, отличающийся тем, что при одинаковом перепаде давления на образцах измеряют скорость и время свободного истечения заданной массы газа, а распределение пор по размерам вычисляют из соотношения
= ,
где ΣF_i - суммарная площадь открытых пор при i-м перепаде давления на пропитанном жидкостью образце;
F_Σ - суммарная площадь сквозных пор всех размеров в материале;
W_ci, W_прi - скорость газа через сухой и пропитанный жидкостью образцы при i-м перепаде давления на них;
T_ci, T_прi - время истечения заданной массы газа через сухой и пропитанный жидкостью образцы при i-м перепаде давления на них.