Устройство для исследования процесса испарения из капиллярно-пористого материала

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1п 5I7566

СОюз Соаетскиа

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22). Заявлено 24.08.73 (21) 1955520/25 с присоединением заявки № (51) М Кч е G OIN 25/56

Совета Министров СССР по делам иаобретений и открытий (53) УДК 536.2(088.8) Опубликовано 15.06.76. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 13.09.76

/Г: ° " -" .. Е

T. T. Белова, Э. А, Курмазенко, В. В, Малозйл1ов, А. В..Ревякин и А, T. Тарновская

1 (72) Авторы пзобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ИСПАРЕНИЯ

ИЗ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА уравнением эллиптического типа — уравнением Лапласа:

divgradс, р „+с„,=О (1)

5 со смешанными граничными условиями (краевая задача Дирихле-Ноймана): где Х = — — интенсивность испарения жид(7

Г кости, ! — гидравлический градиент;

К вЂ” гидравлическая проводимость;

q — тепловой поток, определяющий интенсивность испарения;

I — скрытая теплота фазового перехода, поглощаемая при испарении жидкости;

q: — пьезометрический напор или потенциал.

Решение уравнения (1) в общем случае может быть представлено в виде:

rp = ср (q, г, 1<) . (3) Из выражения (3) видно,что при исследова нии процесса испарения из капиллярно-пористого материала необходимо плавное изменс30 ние и в широком диапазоне теплового потока, ГосудаРственный комитет (23) Приоритег

Изобретение относится к устройствам для исследования процессов тепло-массообмена при фазовых превращениях рабочего вещества в капиллярно-пористых материалах.

Наиболее близким по конструктивному выполнению является модель Хеле-Шою — устройство, предназначенное для исследования плоского безнапорного движения жидкости в пористой среде, содержащее открытый сверху корпус со стеклянными боковыми стенками.

Устройство основано на сходстве дифференциальных уравнений, описывающих насыщенный поток в пористой среде, и уравнений для потока вязкой жидкости между параллельными пластинами с капиллярной щелью между ними. Модель предназначена для исследования характера потенционального потока, обтекающего тела различной формы. Гидравлическая проводимость пористой среды моделируется изменением ширины шели, а процесс испарения — набором калибровочных отверстий, расположенных в нижней части стеклянных пластин.

Применение указанной модели для исследования процесса испарения из капиллярно-пористого материала выявило следующие недостатки:

1) В случае изучения процесса испарения пз капиллярно-пористого материала плоское течение испаряемой жидкости описывается

11+(1,+ ) =(), (2) 517566

К=А adÐ, (4) 15

25 (6) 30

65 которое практически невозможно обеспечить моделированием процесса дренажа через калиброванные отверстия.

2) Моделирование гидравлической проводимости изменением ширины щели не позволяет выявить характер зависимости, описывающей формы частиц, из которых состоит пористая среда, на процесс, так как гидравлическая проводимость описывается зависимостью: где n — фактор формы частиц, à — средний определяющий размер частицы, А — постоянный множитель, зависящий от свойств материала частиц и жидкости, протекающей между ними, 3) Модель Хеле-Шою хотя и обеспечивает визуальное исследование процесса плоского течения жидкости в капиллярно-пористом материале, но отмеченные выше недостатки не позволяют применять ее для исследования процесса испарения из различных типов капиллярно-пористого материала в широком диапазоне тепловых потоков и давлений, при которых осуществляется фазовый переход.

Цель изобретения — повышение точности исследований испарения из капиллярно-пористого материала.

Это достигается тем, что на внешнюю поверхность стенок корпуса устройства нанесен токопроводящий, оптически прозрачный слой, предназначенный для подвода теплового потока, а между стенками помещена засыпка, состоящая из частиц правильной геометрической формы из диэлектрического материала, например, стекла, и на одном из торцов корпуса расположен коллектор для равномерной подачи испаряемой жидкости а также тем, что относительные размеры частиц, пропорциональны проницаемости и пористости исследу.емого материала и составляют не более 7 10 — .

Конструкция устройства поясняется чертежом, на котором схематично изображена модель для исследования процесса испарения из капиллярно-пористого материала. Она содержит корпус 1 со стеклянными боковыми стенками 2, между которыми размещены засыпка

3, представляющая собой монослой частиц определенной формы из диэлектрического материала. На внешнюю поверхность стеклянных стенок 2 нанесен токопроводящий, оптически прозрачный слой 4, например, с помощью вакуумного напыления металла, и установлены клеммы 5, подключаемые к сети переменного тока для нагрева стенок. Установленные в корпусе 1 прокладки 6 и 7 служат для герметизации стеклянных стенок 2 и для установления необходимой ширины щели 8 между внутренними поверхностями стеклянных боковых стенок 2. На одном из торцов корпуса предусмотрен коллектор (на чертеже не показан) для равномерной подачи испаряемой жидкости в слой засыпки.

Выбор размера частиц обуславливается условиями соблюдения подобия по величине движущей силы, в рассматриваемом случае— градиента капиллярного давления, величина которого для реальной пористой среды пропорциональна выражению )l Й.m, которое может быть рассмотрено как приведенный диаметр частиц. Таким образом, можно записать, учитывая соотношение (4) при а =1:

В

С(1 где  — постоянный множитель, зависящий от теплофизических свойств применяемого хладагента. При значениях B)7 10", как показали проведенные расчеты, засыпка не обеспечивает течение жидкости под действием сил капиллярного давления, вследствие уменьшения радиуса кривизны на границе раздела фаз «пар — жидкость». Поэтому изменение относительного размера примененной засыпки прямо пропорционально Ат и лежит в пределах:

0(Q = (О,ОО7 где d — относительный диаметр частиц засыпки, В ходе проведения исследования испаряемая жидкость из коллектора, расположенного на одном из торцов корпуса 1, попадает в щель 8, образованную стеклянными боковыми стенками 2, в которой расположена засыпка

3. Через клеммы 5 от сети переменного тока через дополнительное переменное сопротивление к токопроводящему слою 4 подводится электрический ток, за счет которого осуществляется нагрев боковых стенок 2 и подвод тепла к испаряющейся жидкости. Образующийся при испарении пар через щель 8 отводится в окружающее пространство. Прокладки б и 7, установленные в корпусе 1, позволяют изменять ширину щели 8 и обеспечивают герметичность внутреннего объема корпуса 1 при различных давлениях. Через стеклянные боковые стенки 2 в ходе опыта осуществляется визуальное наблюдение за протекающими процессами или его фото- и киносъемка.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования процесса испарения из капиллярно-пористого материала, содержащее корпус со стеклянными боковыми стенками, отличающееся тем, что, с целью повышения точности исследования, на внешнюю поверхность стенок нанесен токопроводящий оптически прозрачный слой, предназначенный для подвода теплового потока, а между стенками помещена засыпка, состоящая из частиц правильной геометрической формы из диэлектрического материала, напри517566

Корректор Н. Стельмах

Редактор С. Байкова

Заказ 2019, 20 Изд. № 1549 Тираж 1029 Г1одписное

Цт1ИИГЛЛ Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изооветенни и открь.тий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4,5

Гииотоафия, ир. Сапунова, 2 мер, стекла, и íà одном из торцов корпуса расположен коллектор для равномерной подачи испаояемой жидкости.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что относительные размеры частиц пропорциона Ibíû проницаемости и пористости исследуемого материала и составляют не более 7 10 — .

Составитель А. Глушко

Техред Е. Падурушина