Способ определения эффективного радиуса пор образца Советский патент 1981 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к энергии и гидравлике, в частности к способам измерения характеристик пористых тел а более конкретно - к способам измерения эффективного радиуса пор пористого полотнища, например металлической сетки. Под эффективным радиусом поры произвольной формы подразумевается радиус такой круглой поры, мениск жидкости в которой обеспечивает такой же перепад давления, что и мениск жидкости в поре произвольной формы. Под полотнищем подразумевается полотнище, полученное путем тканья, вязанья, спекания проволоки. Такие полотнища используются для изготовления трубчатых капиллярнопористых вставок тепловых труб. Теплопередающая способность тепловых труб определяется величиной эффектив ного радиуса пор пористой вставки,и величина этого парг1метра подлежит измерению перед установкой вставки в тепловую трубу. Известен способ определения размеров пор пористой структуры путем пропитки структуры пробной жидкостью с последующей фиксацией момента появления жидкости на верхнем срезе структуры при помсмци оптической сие темы И . Недостатком известного способа является то, что при его использовании чрезвычайно трудно определить наличие дефектных пор в структуре , т .е . таких пор, эффективный радиус которых на несколько процентов превышает величину эффективного радиуса качественных пор, так как зрительно трудно заметить одну пору, не заполненную жидкостью, среди тысяч заполненных жидкостью пор. Известен также способ определения эффективного радиуса пор полотнища t2. Суть способа заключается в том, что под слоем пробной жидкости под пористое полотнище закачивают газ до гпоявления пузырьков газа,просачивающихся через поры полотнища,вычисляют эффективный радиус пор по формуйСГсОбЭЭФ p-j(jt где эффективный радиус, м; Споверхностное натяжение пробной жидкости Н/м; краевой yrofi смачивания, рад;

Р - давление закачиваемого га-за в момент прорыва его пузырьков через поры полотнища;

Р - плотность пробной жидкости, кг/м ;

g - ускорение свободного падения, ,

h - высота столба пробной жидкости под полотнищем, м. / В формуле (1J все величины в правой части находят из таблиц, кроме Р и h.

Недостатком известного способа является то, что величина краевого угла смачивания 9 , взятая из таблиц, может не совпадать для данного конкретного пористого полотнища изза многих факторов, возникающих в процессе изготовления полотнища: степени окисления материала полотнища, степени насыщенности его газами,вида обработки, ориентации кристаллов в проволоке полотнища и т.д. В неко торых случах знание точного угла смачивания не приводит к правильны замерам эффективного радиуса пор. Рассмотрим капилляр с гладкими сте-нками с диаметром канала 1 мм, опущенного в жидкость с краевым угло смачивания, близким к 90°(равным, например, 80). В этих условиях жидкость поднимается на малую высоту. Зная краевой угол смачивания, плотность жидкости и радиус канала капилляра, можно по формуле Жюрена вычислить высоту поднятия жидкости.

. Представим теперь, что на внутренней поверхности канала капилляра нанесены риски квадратного сечения размеррм О , ,01 мм и шириной буртиков между ними 0,001 мм. Жидкость по этим рискам поднимается на высоту, значительно превышающую высоту поднятия жидкости в канале капилляра. Следствием этогй эффекта будет то, что жидкость канала капилляра по периферии его сечения будет контактировать с относительно узкими буртиками и с жидкостью в рисках, более высоко поднятой. Поскольку общая ширина рисок в 10 раз больше обшей ширины буртиков и ггоскольку краевой угол смачивания жидкостью буртиков равен 80°, а этот же угол на участке рисок можно считать равным нулю, то средний по периметру краевой угол смачивания будет уже не , а значительно меньше, в зависимости от соотношения ширины буртиков и рисок его можно сделать сколь угодно близким к 0° .

Ясно, что если в формуле йСюрена, которая записывается как

Q б cos 0

tl

где обозначения те же, что и в формуле (1), кроме высоты поднятия жид

кости (h, м),а R - радиус канала капилляра, м, использовать б , взя тый из таблиц, то вычисление h приведет к большой ошибке.

Этот пример приведен для того, с чтобы проиллюстрировать, что в некоторых случаях знание точного угла смачивания не приводит к правильным замерам эффективного радиуса пор. Это относится как к определению вы соты поднятия жидкости, так и к определению эффективного радиуса пор. Как показывает приведенный пример, надо учитывать еще и геометрию каналов. В случае проволочных полотни1 сама проволока может иметь насечки,

5 выступы или быть скрученной из более тонких проволок в виде жгута и применение известного способа определения эффективного радиуса пор может привести к значительным ошибкам (на

0 30-100%, в зависимости от геометрии пор полотнища).

Цель изобретения - повышение точности определения эффективного радиуса пор металлической сетки.

5 Указанная цель достигается тем, что в способе определения эффективного ра,циуса пор образца путем подачи газа под образец, размещенный в пробной жидкости, до прорыва пузырьков газа через поры образца с последующим вычислением эффективного радиуса пор по формуле

U6oos9

R ЭФ p-p(j

где Rjqj - эффективный радиус пор ооразца, м ; 6 - поверхностное натяжение

пробной жидкости, Н/м ; О - краевой угол смачивания, 0 .рад;

Р - давление газа в момент

прорыва его пузырьков через поры полотнища,Н/м; Р - плотность пробной жидкос5ти,

g - ускорение свободного падения, ,

h - высота столба пробной жидкости над образцом, м, (j Перед подачей газа под образец выполняют в нем прокол круглой формы, измеряют диаметр прокола, подгиот под образец газ до прорывания пузырей газа через прокол и уточняют величие ну косинуса краевого угла смачивания по формуле

-оо..),(а)

где R - радиус прокола,

после этого прокол герметизируют пробкой из невзаимодействукдцего с пробной жидкостью материала и вычисляют эффективный радиус пор образца,

используя при вычислении уточненную

величину косинуса краевого угла смачивания.

На фиг.1 показан образец полотнища с круглым проколом; на фиг.2 схема установки для производства измерений; на фиг.З - образование прокола.

Образец полотнища состоит из проволок 1. Прокол 2 круглой конфигурации образован раздвинутыми при помощи шила проволоками. Прокол следует производить со стороны цолотнища, противоположной вырываищимся пузырькам газа. На фиг.З шило обозначено позицией Э.

В результате прокола на проволока 1 от взаимодействия с поверхностью шила могут образоват ься сглаженные участки 4 поверхности проволок, имеющие иные краевые углы смачивания, чем те поверхности 5, которых не касалось шило (изображены с шероховатой структурой).

Пузырьки газа образуются при прорыве мениска б,сидящего на не испорченных шилом поверхностях 5. По этой причине прокол следует производить с указанной выше стороны полотнища.

Устройство для измерений состоит из камеры 7 с разъемом 8, в котором по периметру зажат образец 9 полотнища. Прокол загерметизирован пробкой 10 Камера помещена в сосуд 11. Под полотнище закачивают газ при помощи тракта 12, и давление замеряется при помощи и-образного манометра 13.

Пример. Производят изготовление партии трубчатых капиллярнопористых вставок из медного сетчатого полотнища. Полотнище окисляют на воздухе, выдерживая в течение 3 ч при . Тепловые трубы предполагается использовать для работы с водой в качестве теплоносителя. Из партии готовых подвергнутых ультразвуковой очистке капиллярно-пористых вставок отрезают образец сетки и при помощи шила делают прокол, раздвигая прюволоки образца. Измерения при помощи микроскопа показывают, что радиус прокола равеи 1,6 мм. Прокол должен быть больше самой крупной поры. Образец 9 (фиг.2) устанавливают в разъем 8 камеры 7 таким образом, чтобы та сторсэна полотнища, с которой производят прокол, была обращена вниз к.-днищу камеры 7. Разъем зажимают пр помощи болтиков, не указанных на фигуре, установив предварительно между образцом 9 и поверхностью разъема 8 полиэтиленовые проклещки. Затем поверх образца наливают бидистиллат воды, часть которого проливается сквозь образец вниз. Затем при помощи тракта 12 закачивают под пористое полотнище газ, наприк«р при помощи детского воздушного шгфика, до

прорыва пузырьков из прокола. После этого при помощи формулы (2) производят уточнение краевого угла смачи вания.

Величины h и Р измеряют в ходе эксперимента, остальные берут из таблиц. В этой формуле R - радиус прокола.

. Пусть в результате вычислений установлено, что краевой угол воды с медью равен 42±2°(подчеркиваем, что

€ краевой угол смачивания воды с медью измерен именно для того образца,который прошел соответствуюсцую обработку и будет использован в партии тепловых труб). После этого прокол за5тыкают пробкой 10 из фторопласта и повторяют измерения, т.е. по тракту 12 подают сжатый воздух, измеряя при помощи манометра 13 давление, пока пузырьки 15 не будут вырываться

0 сквозь слой воды 14, используя найденный ранее косинус в , полученное полотнище и измеренное значение h, по формуле (1) вычисляют значение эффективного радиуса пор сетчатого полотнища.

S

Допустим, в результате вычислений оказс1лось, что эффективный радиус пор равен 10 мкм, что соответствует требуемому значению для данного типа тепловых труб. Вставки с большим зна0чением радиуса пор выбраковывают.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что он дает более точное значение эффективного радиуса пор полотнища.

5

Формула изобретения

Способ определения эффективного радиуса пор образца путем подачи газа под образец, размещенный в пробной жидкости до прорыва пузырьков газа через пары образца с последующим вычислением эффективного радиуса пор

5 (1° формуле

Эф, - -fcfH

эффективный радиус пор обгде R

ЭФ разца, м;

6

поверхностное натяжение

0 пробной жидкости, Н/м;

3 краевой угол смачивания,

рад;

давление газа в Н/м в момейт прорыва его пузырьков

5 через поры образца; плотность пробной жидкос3, t

тм, кг/м

9 - ускорение свободного падения,

О

h - высота столба пробной жидкости над образцом,м , отли.чающийс я тем, что, с целью повышения точности определения эффективного радиуса пор металлической сетки, передподачей газа

5