СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ЖИДКОСТИ В КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТОМ ТЕЛЕ Российский патент 2012 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к теоретической теплотехнике и может быть использовано для определения коэффициента диффузии D жидкости в материалах, имеющих капиллярно-пористую структуру.

В капиллярно-пористых телах процесс тепломассообмена в значительной степени усложняется в условиях изменения влагосодержания в поровом пространстве. При моделировании тепловлажностного состояния капиллярно-пористого тела учет особенностей материала, таких как размер пор, их форма, расположение выполняют интегрально через определение эффективных свойств.

Известен способ (см. патент РФ №2212027. Опубл. 10.09.2003), включающий нанесение пленки диффундирующего элемента на поверхность металла, стимулирующее диффузию воздействия, определение изменения концентрации элемента в металле и расчет коэффициента диффузии элемента по концентрационной зависимости.

Недостатком данного способа является невозможность определения коэффициента диффузии у капиллярно-пористых тел.

Известен способ (см. патент РФ №2398214. Опубл. 27.08.2010), основанный на анализе цифрового изображения плоскопараллельной вертикальной ячейки с неоднородным распределением концентрации, позволяющий определить коэффициент диффузии окрашенных растворов различных веществ.

Недостатком данного способа является неточность определения коэффициента диффузии, так как не учитывается пористое внутреннее строение тел.

Наиболее близким по техническому решению является способ регулярного теплового режима, включающий нахождение линейной зависимости натурального логарифма избыточной температуры от времени. Угол наклона прямой характеризуется коэффициентом m - темпом регулярного режима [см. Теплопередача. - Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Учебник для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: «Энергия», 1975 г. - 488 с.]. Этот способ служит основой для достаточно простого определения теплофизических свойств материалов и коэффициентов теплоотдачи.

Недостатком данного способа является определение темпа регулярного режима лишь при теплопроводности.

Общим признаком прототипа и предлагаемого решения является нахождение коэффициента m - темпа регулярного режима путем построения зависимости натурального логарифма избыточных измеряемых величин от времени, а также нахождения K - коэффициента формы тела.

Техническим результатом предлагаемого способа является определение коэффициента диффузии жидкости в капиллярно-пористом теле, необходимого для оптимизации и повышения энергоэффективности технологических процессов сушки материалов, имеющих капиллярно-пористую структуру.

Сущность способа поясняется фиг.1, где приведены результаты определения темпа регулярного режима влагопереноса, где о - экспериментальные данные; сплошная линия - линейная аппроксимирующая зависимость.

Предлагаемый способ заключается в том, что коэффициент диффузии D жидкости в капиллярно-пористом теле в рассматриваемых условиях является параметром-аналогом коэффициента температуропроводности. Коэффициент диффузии D жидкости в капиллярно-пористом теле определяется экспериментально на основе аналогии с методом регулярного теплового режима по выражению:

где K - коэффициент формы тела; m - темп регулярного режима влагопереноса.

Коэффициент формы тела K определяется аналогично методу регулярного теплового режима. Так, например, для тела в виде прямоугольного параллелепипеда размерами а×b×с имеем [см. Теплопередача. - Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Учебник для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: «Энергия», 1975 г. - 488 с.]:

Для отыскания темпа регулярного режима влагопереноса m осушенное капиллярно-пористое тело погружают в воду и определяют изменение с течением времени его массы, которая однозначно связана со средним влагосодержанием. По результатам эксперимента строят зависимость натурального логарифма избыточной массы (разности максимальной массы тела после его длительного пребывания в воде и массы в текущий момент времени, отсчитываемый от начала погружения) от времени. На полученной зависимости выделяют стадию регулярного режима влагопереноса, характеризуемую тем, что опытные точки на графике сгруппированы около прямой линии. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс на графике численно равен значению темпа регулярного режима влагопереноса m. Далее по формуле (1) рассчитывают коэффициент диффузии D.

По предлагаемому способу определен коэффициент диффузии D жидкости для красного строительного кирпича. Результаты эксперимента с пятью экземплярами кирпича для стадии регулярного режима влагопереноса приведены на фиг.1. При обработке полученных результатов были определены значения K=3,191·10^-4 м²; m=4·10^-4 c^-1; D=1,28·10^-8 м²/с. Относительная погрешность определения коэффициента диффузии, приведенная к доверительной вероятности 0,95, составляет ±5%.

Изобретение относится к теоретической теплотехнике и может быть использовано для определения коэффициента диффузии жидкости в материалах, имеющих капиллярно-пористую структуру. Предлагаемый способ заключается в определении коэффициента диффузии жидкости в капиллярно-пористом теле на основе аналогии с методом регулярного теплового режима. При этом для отыскания темпа регулярного режима влагопереноса капиллярно-пористое тело погружают в воду и регистрируют изменение с течением времени его массы. По результатам эксперимента строят зависимость натурального логарифма избыточной массы от времени, характеризуемую тем, что опытные точки на графике сгруппированы около прямой линии, а тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс на графике численно равен значению темпа регулярного режима влагопереноса. Техническим результатом изобретения является определение коэффициента диффузии жидкости в капиллярно-пористом теле, необходимого для оптимизации и повышения энергоэффективности технологических процессов сушки материалов, имеющих капиллярно-пористую структуру. 1 ил.

Способ определения коэффициента диффузии жидкости в капиллярно-пористом теле, включающий погружение в воду капиллярно-пористого тела и определение изменения с течением времени его массы, отличающийся тем, что по результатам эксперимента строят зависимость натурального логарифма избыточной массы от времени, на полученной зависимости выделяют стадию регулярного режима влагопереноса, характеризуемую тем, что опытные точки на графике сгруппированы около прямой линии, определяют тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс на графике, который численно равен значению темпа регулярного режима влагопереноса, затем вычисляют коэффициент диффузии жидкости в капиллярно-пористом теле по формуле:
D=Km,
где K - коэффициент формы тела;
m - темп регулярного режима влагопереноса.