Способ определения коэффициента проницаемости пористых материалов с известной средней пористостью Советский патент 1980 года по МПК G01N15/08 

Наиболее близким техничееким решением к данному изобретению является епоеоб измерения нронинаемости материалов для иаров органических жидкостей, заключающийся в пронуекании через исследуемый образец наров органической жидкости, меченной радиоактивным изотоном е ноеледующим радиометрическим анализом иаров.

Однако этот еиособ требует сложного оборудования для радиометрического коигроля, зарядки и зани1ты обслуживающего нереонала.

Целью изобретения является иовышеиие точности оиределения коэффициента ироницаемости.

Указанная цель достигается тем, что фиксируют скорость иотока иад едииичнои норой, а в качестве твердых частиц иснользуют частицы размерами от 0,1 мкм до 1,0 мкм, ири соотношении объемов газа н частиц от 10000: 1 до 50000: 1, в качестве фиксатора локальных скоростей рабочего комнонента исиользуют лазерно-доиилеровскнй измеритель скорости.

На чертеже изображена схема установки для реализации данного способа.

Установка содержит сухой исследуемый образец 1 нориетого проницаемого материала, закреилеиный в натроне 2, баллон 3 со сжатым газом, содержании; .мельчайише рассеиваюшие частички размером 0,1 - 1,0 мкм, нолость баллона через редуктор 4 соедннена трубкой 5 е внутренней нолостью иатрона 2, и лазерн з1й доиилеровски измеритель скорости 6 с иересечением лучей в точке 7, на расстоянии 1 -1,5 мм от новерхности образца. Натрон 2 установлен на столике 8 с микрометрическим ви1ггом 9. Внутренняя нолость натроиа 2 соедииеиа с микроманометром 10.

Способ реализуется следуюпигм образом.

Открывают кран баллона 3 со сжатым газом, содержащим мельчайшие рассеивающие частички, который через |1едуктор 4 ноетуиает но трубонроводу 5 н иолость закрытого сверху исследуемым образцом 1 патрона 2, в котором создается нзбыточное давление, измеряемое микромаиометром 10. В результате создаииого таким образом неренада давлений между двумя сторонами образца газ нродавливается через его норы. Локальная екорость фильтрации газа измеряется с наружной новерхиоети образца с номонл,ью лазерного доиилеровского измерителя скорости 6, имеюн1его точку пересечения лучей 7 и определяющего локальную екорость фильтрации но частотному смещению раесеянного частичками, содержащнмиея в газе, света. Для (товышения точности измерения локальной скорости точку 7 пересечения лучей измерителя максимально приближают к новерхноети исследуемого образца 1. Затем с помошью микрометрического винта 9 иеремеи1,ают столик

8, на котором укреплен иатрои 2 с исследуемым образцом 1, на некоторое расстояние и измеряют локальную скорость фильтрации в соседней точке образца и т. д. Кол;1чество точек выбирается в зависимости от требуемой точности определения.

Оиределив таким образом локальиую скорость фильтрации газа в каждой точке образца и иеренад давления с двух его сторон и зиая среднюю пористость материала, все остальные локальные и средние параметры его структуры определяют с иомошью мате.матических вычислений по формулам, базирующи.мся иа закоие Дарси и теории вероятностей. Нравомерность применения закона Дарен для определения параметров иористого TC.ia вытекает из того, что завиеимость скорости фильтрации от градиеита давления (например, до 400 н/м-), т. е. течение фильтрующегося вещеетва HOCSIT ламинарный характер. При этом лазерный допнлеровский измеритель скорости позволяет измерять локальные скорости, равные нескольким сантиметрам в секунду. Локальный коэффициент .мости

(л.Усб

(1)

P

/м2.

е ц - вязкость, н-сек/м

Vi - локальная скорость фильтрации,

м/сек;

б - толщина образца, м; ДР - перепад давления, н/м.

Эффективный локальный диаметр

пор Д. 1/ЖГ,

(2)

где - локальный коэффициеит ироницаемости, вычисленный но формуле 40 (I), м2;

iT-средняя нориетость материала

(известна). Средняя скорость фильтрации

2

(3)

V

где У;--- .юка.льиая скорост1з фильтрации в 50-и точке образца, м/сек;

п - ко.чичество точек. С.редний коэффициеит иронииае.мости

п V k

i -л п

(4)

где - локальный коэффициент Hjiontmaемости в /-и точке образца, м; п - ко; ичество точек. Эффективный средний размер нор

D,

О :i

(5) где Di - эффективный локальный диаметр пор в 1-й точке образца, м; п - количество точек. Плотность вероятности распределения для каждого локального значения Di ( f - /2i - /а;. где а - основанное отклонение, определяемое как 2 ( Затем строят дифференциальные распределения пор по размерам в координатах:диаметр пор Di - плотность вероятности распределенияВероятность нонадания D в интервал Di, DZ вычисляется по формуле: Я() где Ф(х) -функция Лапласа (табличная величина). Для уирош,ения вычисления можно заранее построить таблицы или графики для нескольких значений средней пористости материала, перепада давления и локальных скоростей фильтрации, по которым легко и быстро определяют интересующие структурные параметры. Изобретение позволяет повысить точность определения основных локальных и средних параметров структуры пористых пронпцаемых материалов, средняя пористость которых известна, увеличить разрешающую способность определения минимальных эффективных диаметров пор и определить достоверное распределение пор по размерам. Способ прост в реализации и не требует сложного оборудования. На параметры структуры образца продавливаемый газ с мельчайшими частичками не оказывает заметного влияния, в отличие от известного способа, где иснользование жидкости, в силу ее высокой вязкости, вносит заметную погрешность в результаты измерений. Минимальная погрешность вносится при пз.мерении локальных скоростей фильтрации газа, поскольку лазерный допплеровский измеритель скорости отличается высокой стабильностью частоты излучения, точка пересечения лучей имеет очень малые размеры, а отсутствие какого-л1 бо механического контакта при измерении с фильтрующимся газом не вносит никаких изменений в процесс фильтрации. Небольшой перепад давлений, необходимый для продавливания газа, и низкая вязкость газа не оказывают разрушающего действия на поры с минимальными диаметрами, что расширяет разрешающую снособность их определения. Способ позволяет выбирать очень большое количество измеряемых точек и получить достоверные результаты о распределеннн пор по раз.мерам. На основании всех этих данных нмеется возможность сделать достоверное заключение о равномер}юсти, однородности нористого материала, его качестве. Формула изобретения Способ определения коэффициента проницаемости пористых материалов с известной средней норнстостью нутем создания перепада давлення по сторонам образца, продавливания через образец рабочего компонента, в частности газа с твердыми частицами, и измерения скоростей течения газа на выходе из образца, отличающ 1Йся тем, что, с целью повышения точности онределення, фиксируют скорость нотока над еднничной порой, а в качестве твердых частиц используют частицы размерами от 0,1 мкм до 1,0 мкм, при соотношении объемов газа и частиц от 10000 : 1 до 50000 : 1, причем в качестве фиксатора локальных скоростей рабочего компонента используют лазерно-доннлеровский измеритель скорости.