Способ и устройство для определения проницаемости пористых материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N15/08 

1 Изобретение относится к технической физике в частности, к способам и устройствам для определения проницаемости пористых материалов, применяемых в качестве капиллярных структур различных тештообменных аппаратов-испарителей, конденсаторо 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, манометр и расходомер U1. 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 сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ определения проницаемости пористых материалов, включаюгщй приведение в контакт исследуемого образца с жидкостью,пропитку образца под дей ствием капиллярных сил и расчет ве личины проницаемости по максимальной высоте подъема жидкости. Способ осуществляется в устройстве, включающем корпус с кареткой вьтолненной с емкостью для жидкости и снабженной держателем образца причем корпус устройства подсоединен к электрической схеме 23. Недостатками известных способа и устройства является низкая точность определения, обусловленная тем, что условия эксперимента дале ки от натурных, и ограниченные технологические возможности. Так, например, в тепловых трубах транспорт жидкости происходит при повышенной температуре.При этом меняют ся физико-химические свойства жидкости, такие как поверхностное нат жение, вязкость, а значит, и прони цаемость . Реализовать измерения по 32 известным способу и устройству в условиях повьшенной 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 формулеМ. h hmux-h где Ki(h) - проницаемость на высоте h, Ц - вязкость жидкости; р - плотность жидкости} S - площадь поперечного сечения образца; У - скрытая теплота парообразования ; - ускорение свободного падения; , тл максимальная высота подъема жидкости; h - высота, на которой производят нагрев; Ркр1) - критическое значение мощности на высоте tli Поставленная цель достигаетсятакже 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 устройства подсоединен к электрической схеме, снабжено нагревателем, установленным на держателе образца, выполненным в виде биметаллического кольца с прорезью, причем с обоих торцов и внутренней поверхности нагреватель покрыт слоем теплоизолирующего материала.

3

в качестве теплоизолирующего материала можно использовать наприме асбест, тефлон,эмаль и т.п.

На фиг.1 представлено устройств для определения проницаемости поритых 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 оказьшается смоченным. Уровень яотдкости в емкости поддерямвается постоянным специальньм 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 10. Внесто 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 показьшающему прибору.

Устройство работает следующим образом.

Каретку 1 опускают в крайнее нижнее положение. Емкость в каретке заполняют жидкостью 3 и уста559134

навливают исследуемой образец 2. Затем каретку с оЬразцом поднимают в крайнее верхнее положение. При этом нагреватель 7 входит внутрь 5 образца. В этом положенго к внешней поверхности образца подводят датчик 8 температуры. После вьщержки, достаточной для пропитки образца на высоту выше зоны нагреtO ва (4-5 мин),включают регулируемый блок 12 нагрева и постепенно увеличивают подводимую мощность, одновременно следят за температурой поверхности исследуемого образца в

15 зоне нагрева.

/

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

20 температуры кипения жидкости. При достижении подводимой мощностью критического значения Р. происходит пересыхание образца в месте нагрева и резкое увеличение температуры. Определив значение критической мопщости, блок 12 нагрева выключают. Так как нагреватель 7 вьтолнен в виде разрезного биметаллического кольца, то при нагреве

3Q он увеличивает свой диаметр,плотно прилегая к образцу и обеспечивая этим эффективную теплопередачу, а при охлаждении уменьшает свой диаметр, обеспечивая свободное перемещение нагревателя относительно образца. Отводя от поверхности образца датчик 8 температуры, каретку с образцом опускают на нужную высоту и производят определение

Q 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 50 чего по формуле рассчитывают проницаемость образца пористого материала на нужной высоте.

Предлагаемые способ и устройст5.во позволяют повысить точность определения проницаемости пористых материалов за счет создания реальных условий и устранения погрешнос

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 .