Устройство для определения проницаемости пористых материалов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О Л И С А Н И Е (,S9O>S>

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено. 03. 01. 80 (21) 2863177/18-25 (53)M. Кл.

G 01 N 15/08 с присоединением заявки.%

3Ъоудоротееииый комитет

СССР (23) Приоритет— ао делом изобретений и открытий

Опубликовано 15.12 ° 81- Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 15. 12. 81 (53) УД 539.217., 1 (088. 8) (72) . Авторы изобретения

В.Г.Ермаков и В.Н.Стецюк (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ

ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, а более конкретно - к устройствам для определения характеристик проницаемости пористых материалов, и может быть использовано при отработке технологии изготовления пористых материалов, а также при контроле изделий из них.

В настоящее время пористые материалы находят все более широкое применение при организации защиты стенок различных аппаратов от воздействия среды с высокой температурой, лучистых потоков тепла или агрессивной среды путем пропускания сквозь стенки расхода защитного газа или жидкости,например,при изготовлении межэлектродных вставок электродуговых генера20

;торов плазмы. При этом для высоконапряженных конструкций большое значение приобретает такая характеристика пористой стенки, как величина расхода защитного газа или жидкости в каждом отдельном месте ее поверхности.

Отсутствие расхода или пониженный местный расход защитного газа или жидкости могут привести к выходу из строя конструкции независимо от надежности защиты остальной поверхнос" ти стенки

Известен прибор для определения проницаемости пористых изделий, содержащий отсчетное устройство ротаметрического типа и измерительную го" ловку с цилиндрическим соплом в эластичной торцовой накладке. Изме" рительную головку прижимают к поверхности испытуемого пористого изделия и по показаниям ротаметра судят о проницаемости пористой поверхности 11 j.

Недостатком указанного устройства в данном случае является определение проницаемости пористой поверхности в обратном по отношению к рабочему нап" равлении, а также наличие ошибки on"

890161 4 ределения проницаемости, связанной с неопределенностью площади растекания струи газа внутри пористой стенки.

Известно также устройство для определения газопроницаемости пористых материалов, включающее напорную ем" кость и измерительное устройство со снабженной микрометрическим винтом станиной, на которой смонтирован сильфонный датчик давления, имеющий сменную полую иглу. Полую иглу пере" мещают на станине относительно поверхности испытуемого пористого материала, через который протекает газ из напорной емкости, и по показаниям датчика судят о газопроницаемости в каждой отдельной точке исследуемого материала по всей его поверхности(2).

Однако данная установка характеризуется недостаточной точностью показаний датчика скорости потока (полой иглы). при диаметре датчика скорости. 0 5 - 2,0 мм и размерах пор испытуемого материала 0,01 - 0,10мм, характерных, например, для материалов, получаемых методами порошковой металлургии, датчик скорости воспринимает одновременно скоростной напор нескольких десятков струй, истекающих с поверхности пористого материала, в связи с чем затруднено непосредственное сопоставление показаний дат. чика скорости с фактической величи,ной расхода газа через площадь поверх" ности материала, равную площади чув- з ствительного элемента датчика скорости.

Целью изобретения является повышение точности определения проницаемости по поверхности пористого материала.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее напорную емкость для испытуемого пористого ма45 териала, датчик скорости текучей среды с приспособлением для его перемещения, снабжено тонкостенной цилиндрической трубкой длиной 8-15 ее диаметров, жестко скрепленной с датчиком скорости, установленным по оси симметрии на выходе указанной трубки на расстоянии от нее 0,05-0,3 диаметра трубки. Кроме того, крепление датчика скорости к тонкостенной трубке выполнено с помощью пластин, прикрепленных к трубке на расстоянии 510 ее диаметров от входа в трубку и расположенных в радиальных плоскостях симметрично относительно оси трубки.

Открытая с обоих концов цилиндрическая тонкостенная трубка выделяет на поверхности пористого материала часть потока, профиль скорости которого деформируется по длине трубки от струйного на входе до трубного на выходе, так что измеР рение скорости на оси симметрии на выходе трубки с помощью датчика скорости, положение которого относительно трубки фиксировано, например, с помощью пластин, позволяет судить о величине расхода потока через трубку и, соответственно, о величине расхода через площадь поверхности пористого материала, выделенную тонкостенной трубкой. При длине трубки менее 8 диаметров существенна зависимость профиля скорости потока на выходе трубки от профиля скорости . на ее входе, при длине трубки более

15 диаметров существенно влияние гидравлического сопротивления трубки на величину расхода потока через нее.

Расстояние между датчиком скорости и тонкостенной трубкой определяется габаритами датчика скорости и погрешностью определения скорости на оси симметрии трубки. При расстоянии от трубки более 0,3 диаметра трубки проходное сечение между датчиком и трубкой больше проходного сечения трубки. При малых относительно трубки габаритах датчика отсутствие загромождения проходного сечения трубки датчиком скорости имеет место при расстоянии датчика от трубки

0,05 диаметра трубки, Расстояние

0,05-0,3 диаметра от выхода трубки удовлетворяет и требованию точности измерения скорости на оси симметрии на выходе цилиндрической трубки.

Толщина стенки трубки 0,05-0,1 мм, применение пластин толщиной 0,050,1 мм и их расположение относительно трубки обеспечивают минимальное загромождение проходного сечения потока на выходе испытуемого пористого материала при достаточной прочности элементов конструкции. Материал трубки и пластин обеспечивает возможность их изготовления и длительную коррозионную стойкость измерительного устройства в потоке рабочего газа.

На чертеже приведена схема пред лагаемого устройства, 01 61

30

40

5 89

В напорной емкости 1 герметично укреплен испытуемый пористый материал 2, Датчик 3 скорости выполнен с устройством 4 для его перемещения и жестко скреплен с помощью пластин 5, расположенных в радиальных плоскостях симметрично относительно оси, с тонкостенной трубкой 6, отбирающей поток непосредственно на выходе из пористого материала 2.

Данное устройство выполняют при следующих параметрах, Тонкостенную трубку изготавливают иэ хромоникелевой нержавеющей стали с внутренним диаметром 2,5 мм, длиной 30 мм с толщиной стенки 0,05мм, Диаметр трубки выбран из условий до" пустимых размеров неравномерности вдува газа для конкретного пористого материала и условий его работы. Датчик скорости, выполненный из нержавеющей стали в виде трубки полного напора с внешним диаметром 0,6 мм и с внутренним диаметром 0,4 мм, располагается на расстоянии 0,3 мм от выхода тонкостенной трубки на ее оси симметрии. Крепление датчика скорости к .тонкостенной трубке осуществляют с помощью четырех симметрично расположенных пластин из нержавеющей стали толщиной 0,05 мм и шириной 8 мм, которые припаивают к трубке на рас,стоянии 20 мм от ее входа и к корпусу датчика скорости.

С помощью координатного устрой. ства датчик скорости с тонкостенной трубкой перемещают в различные места поверхности испытуемого пористого материала и определяют величину расхода потока из напорной емкости через площадь поверхности пористого материала, равную плошади проходного сечения тонкостенной трубки.

Эксперименты показывают, что для заданного числа Рейнольдса потока в трубке в зависимости от конфигурации загромождения входного сечения трубки, на выходе трубки отношение скорости на оси симметрии к средней по сечению скорости потока колеблется в пределах 54. Измерения в аэродинамической трубе показывают снижение ( скорости на оси симметрии трубки за счет ее гидравлического сопротивления не более. 5/. Таким образом, погрешность измерения расхода через тонкостенную трубку, с учетом погрешности определения температуры, давления и скоростного напора, не превышает 153, а средняя величина расхода, измеренного по всей поверхности испытуемого материала с помощью устройства, удовлетворительно согласовывается с суммарным расходом, отнесенным к площади поверхности материала. В то же время при измерениях равномерности проницаемости с помо". щью одной только трубки полного напора не удается сопоставить показания трубки с величиной суммарного расхода, отнесенного к площади поверхности пористого материала, и о равномерности проницаемости судят по соотношениям квадратных корней иэ величин показаний трубки полного напора, Применение предлагаемого устройства позволяет существенно повысить точность определения проницаемости по поверхности пористых материалов (как в виде образцов, так и в виде готовых изделий) и повысить качество разрабатываемых пористых материалов, а также достоверность определения условий их работы, повысить надежность работы высокотемпературных аппаратов и установок.

Формула изобретения

Устройство для определения проницаемости пористых материалов, содержащее напорную емкость для испытуемого пористого материала, датчик скорости текучей среды с при" способлением для его перемещения,,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство снабжено тонкостенной цилиндрической.трубкой, жестко скрепленной с датчиком скорости, установленным по оси симметрии на выходе указанной трубки на расстоянии от нее 0,05-0,30 диаметра трубки, длина которой составляет 8-15 диаметров последней, причем узел крепления тонкостенной трубки выполнен в виде пластин, прикрепленных к трубке на расстоянии 5-10 ее диаметров от входа в трубку и расположенных в ради" альных плоскостях симметрично относительно оси трубки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 541109, кл. G 01 и 15/08, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

N 249734, кл. G 01 N 15/08, 1968 (прототип), 890161

Составитель E.Иаллер

Редактор С.Тимохина Техред Д. Бабинец Корректор С.йекмар

Заказ 10956/67 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