Способ определения объема задерживающих пор фильтрующего материала Советский патент 1988 года по МПК G01N15/08 

со :о

4

Изобретение относится к контроль- нотизмерительной технике, а именно к фбласти изучения фильтрационных свойств, и может быть использовано дл$ определения грязеемкости фильтрующих материалов.

Целью изобретения является повы- шейие точности определения путем уст- ра;1ения ошибок, связанных с неопреде - ле:шЬстью формы капилляров в фильт- материале.

На фиг.1 показана схема устройстдля определения зависимости рас

ва

хоЬ,а газа от давления через образец; на фиг.2 - схема устройства для из- ме эения расхода газа через единичную пору; на фиг.З - зависимости расхода газа от давления

Устройство содержит зажимное приспособление 2, газовый баллон 3, воздушный фильтр 4, редуктор 5, рото- метр 6, пьезометр 7, емкость 8 с жидкостью 9, мерный колпак 10.

i Способ осуществляется следующим образом.

; в устройство закрепляют сухой образец 1 исследуемого фильтрующего ма- т риала, устанавливают в зажимное П1|испособление 2, в полость которого пс|дается газ из баллона 3, предва- р тельно очищенный возДушным фильт- р4м 4, при пониженном (редуктором 6) давлении. Пропускают газ через об- рфзец 1 и снимают зависимость расхода гйза от давления (характеристика проницаемости сухого образца).

; Затем образец 1 пропитывают смачивающей жидкостью и медленно повышают давление под образцом до появления первого пузырька. При дальнейшем увеличении перепада давления на пропитанном образце фильтрующего материала открьшаются сквозные поры от мак симальных до минимальных значений в соответствии с приведенной выше зависимостью для равновесного капиллярного давления.

Давление газа увеличивают ступен- Ч:ато, при каждом фиксированном значении давления производят считьюание данных по показаниям ротометра 6 и пьезометра 7,

Характеристику проницаемости пропитанного образца снимают с момента появления первого пузырька до состояния сухого (или почти сухого) образца.

о

0

5

0

5

По полученным данным вычерчиваются графики (фиг.З), где кривая 1 - характеристика сухого образца, кривая 2 - характеристика проницаемости пропитанного образца.

С целью дополнительного замера расхода газа через единичную пору исследуемого материала зажимное приспособление 2 (фиг.2) с образцом I опускают в емкость 8 с жидкостью 9 на глубину h -j и медленно повышают давление газа до dP до появления отдельных струек газа, проникающих через единичные поры исследуемого материала и слой рабочей жидкости h... Необходимость эта вызвана тем обстоятельством, что при пропускании газа через пропитанный жидкостью образец замер расхода газа при давлении появления первого пузырька зачастую определяет данные истечения через несколько пор одного размера, что подтверждается многолетним опытом анализа данных исследований.

Накрывая отдельно самые тонкие струйки градуированным стеклянным колпаком, заполненным жидкостью 9, при фиксированном значении перепада давления лР на образце, соответствующем моменту появления этих струек, замеряют время 2 вытеснения единицы объема V жидкости из-под мерного кохшака 10.

Расход воздуха через единичную по- РУ

..I l2j:r Y

SAt Bi,+ h.

ЛР;

где BH h

атмосферное давление; высота подъема жидкости 9 в мерном колпаке; высота жидкости 9 над образцом;

0

5

Р h

;-

относительная плотность жидкости 9 (по отношению к воде);

Р, р - давление насыщенных паров жидкости 9.

В процессе математической обработки из полученных результатов исключают данные, кратные наименьшим полученным величинам, т.е. исключают результаты замера расходов газа через несколько соседних пор одного размера (спаренные струйки газа).

При математической обработке характеристики проницаемости сухого образца исследуемого материала используют известные законы гидравлики. Прямолинейная зависимость перепада давления от расхода газа описьюается уравнением Пуазейля для ламинарного течения.

q

.ЛР

. 9-F

to

к

удельная пропускная способность единицы поверхности исследуемого jj образца;

Q - расход газа; F - площадь поверхности образца;.К - коэффициент удельной

пропускной способности; (л - коэффициент динамичес-

кой вязкости.

ри увеличении скоростей протекаюпотока режим течения через по-25 е каналы переходит в турбуленти описьшается уравнение Грина

20

ЛР

(U

Т

.з

(га +е)р

(fzf

де р - плотность потока; m и 0 - характеристические постоянные (по результатам исследований (т+б) 1,19 - при единицах измерения параметров потока, принятых в СМА, в случае измерения ЛР в мм вод.ст., q в л/мин-см , f кгс-с

м

(т+в) 0,098).

-количество поровых каналов на единице поверхности исследуемого образца материала;

-площадь проходного сечения пор на единице поверхности материала.

Тогда постоянный коэффициент удель ой пропускной способности

f(z)

К (U

9

F dP

(I)

определяется по данным прямолинейного участка характеристики проницаемости сухого образца 1 исследуемого материала.

По данным криволинейного участка той же характеристики (в области максимальных скоростей) из зависимости Грина определяется площадь проходного сечения пор на единице поверхности материала

9

F

Ti-- --f ,

(2)

Далее, принимая, что при давлении, когда через пропитанный образец продавливается половина расхода сухого образца (кривая 3, фиг.2), раскрьша- ется пора среднегеометрического размера ,по данным фиг.2 определяют значение ЗРср- Тогда характеристику проницаемости сухого образца можно рассматривать как зависимость суммарного расхода газа, протекающего через (f(z)-F) поровые каналы среднегеометрического d , от перепада давления

,2- F f(aP) ,

Учитывая, что при одинаковом значении перепада давления (йР;} на суI

хом и пропитанном образце скорости течения в порах одинаковы, отношение расходов газа через единичные поры размеров

) и d ,(f .)

.flL f .

.

z-F - Q

ед ПР 1

05

0

5

где Qcvxi значение расхода газа по характеристике проницаемости сухого образца (фиг.З) при значении перепада давления лР , соответствующем замеру расхода газа через единичную пору исследуемого материала;

елпрГ расход газа через единичную пору исследуемого материала (определяется путем вьщеления из общего потока единичной струйки и замера его гидравлических параметров).

Тогда,используя зависимость Кантора

dcp Pi

d- -лр;-

определяют количество сквозных пор на единице поверхности исследуемого образца материала

2 « -§JJfIi (.1S.) , Q...F %P: (3)

EA.np i

По полученным параметрам поровой с|труктуры определяется объем задер- л({ивагощих пор исследуемого материала по соотношению

:(5)1„. ,

81Т zK

V

(4)

Пример. Математическая обра- отка результатов испытания по опре- елению гряэеемкости образца сетки 0/720 (dpsp 30 мм; F 7,07 см).

У4109

Условия испытания: В 10330 мм вод.ст.; t - 18°С (291-К).

Данные результатов испытаний по снятию характеристик проницаемости представляют в виде графических зависимостей фиг.З (характеристики проницаемости сухого 1 и пропитанного 2 смесью жидкостей ТС- и АМТ-10 0 (1:1) образца сетки 80/720).

Результаты замера гидравлических параметров струек, продавливаемых через -единичные поры образца сетки 80/720, погруженного в этиловый спирт АС на глубину h .,;« 20 мм, сводят в таблицу .

Способ определения объема задерживающих пор фильтрующих материалов относится к области фильтрации, в частности к оценке показателей качества фильтрующих материалов. Целью изобретения является повышение точности определения объема задерживающих пор путем устранения ошибок, связанных с неопределенностью формы ка-: пилляров в фильтрующих материалах. Способ заключается в пропускании газа под давлением через сухой и пропитанный жидкостью образец. Затем снимают характеристики проницаемости сухого и пропитанного жидкостью образца. Дополнительно замеряют расход газа через единичную пору пропитанного жидкостью образца при давлении, соответствующем раскрытию данной поры, и дальнейшей математической обработкой полученных характеристик определяют объем задерживающих пор на единице поверхности материала. 1 табл. 3 ил. о сл

С учетом высоты подъема жидкости ;в мерном колпаке h jR для замеров в этиловом спирте расход воздуха опреде;ляют по зависимости

ед.прл

f 0,06

В-700

Вн-(.,+ ЛР,)

Из анализов полученных результатов следует3 что величина расхода воздуха через единичные поры размера d. при давлении от 345 до 375 мм вод ст. составляет 0,0005-0,0006 л/мин.

Величину Qe.np.i л/мин из дальнейшей обработки исключают, как результат замера параметров спаренной струйки (вдвое больше расхода через единичную пору).

I

По данным прямолинейного участка характеристики 1 (фиг.З) определяют удельную пропускную способность по зависимости (1) К 0,27-1 О л/см .

По данным криволинейного участка характеристики 1 при максимальных скоростях определяют площадь проходного сечения пор на единице поверх0

5

0

5

ности сетки 80/720 по зависимости (2) (fz) 0,189.о

W tVX

По графикам фиг.З при Qnp j-

определяют давление продавливаемых- жидкостей из поры среднегеометрического размера Рср 555 мм вод.ст.

Из зависимости Кантора по данным появления первого пузырька воздуха над образцом (раскрывается пора наибольшего размера dp) определяют соотношение констант равновесия для пересчета данных при испытании в различных жидкостях, в частности для смеси жидкостей T -l-AMT-l0(1:1) и этилового спирта

Ccw do- flPcMO . . I ,ц:з.

эr.cп do-aP,T.c«.o

Количество сквозных пор на 1 см сетки 80/720 определяют по зависимости (3)

(

ЛРср

aPcMi

)%

ЛР,

см

uf,

113941

где зРсм условие раскрытия поры размера d при пропитке смесью ТС-1-АМТ-10;

, я 406 ММ вод.ст. 5 CsT.cn Z « 65400.

Объем задерживающих пор (грязе- емкость) единицы площади сетки 80/720 определяют по соотношению (4) Q

.v-Ш- - - Ф О р м ула изобретения

Способ определения объема задерживающих пор фильтрующего материала,

4 S б

An

МW9 k

98

заключающийся- в пропускании газа под давлением через сухой и пропитанный жидкостью образец, снятии зависимйс- ти расхода газа от давления в обоих случаях и вычислении объема пор, о т- личающийся тем, что, с целью повьшения точности определения, дополнительно измеряют расход газа через единичную пору пропитанного жидкостью образца при давлении, соответствующем раскрытию данной поры, и учитывают полученное значение при вычислении объема пор.

tb

0)иг.1

37

/

/ 2 Фиг.2

«r

u 3

e