Способ определения массообменных характеристик пористых материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N15/08 G01N5/02 

{5t) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и може быть использовано для контроля качества капиллярно-пористых материалов в различных отраслях промышленности.

Известен способ определения массообменных характеристик пористых материалов, заключающийся в измерении объема жидкости, поглощенной пористым телом, приведенным в сопри-, косновение с жидкостью М.

Недостатком способа является невозможность получения информации о структуре образца.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения массообменных характеристик, заключающийся в приведении торца испытываемого образца в контакт со смачивающей жидкостью и регистрации изменения массы образц.а по мере впитывания им жидкости L2J.

Однако реализация способатакже не позволяет получить информацию о структуре пористого тела, что является его основным недостатком.

Целью изобретения является повышение информативности способа путем обеспечения возможности определения распределения пор по радиусам.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа определения массообменных характеристик пористых материалов, заключающегося в приведении торца испытываемого образца в контакт со смачивающей жидкостью в непрерывном измерении массы образца по мере впитывания им жидкости, одновременно регистрируют высоту капиллярного поднятия жидкости и по полученным кривым рассчитывают распределение пор по радиусам.

При проведении опыта торец образца может соприкасаться с поверхностью жидкости или находиться несколько ниже ее, но положение торца относйтельно уровня жидкости должно оставаться постояннным для того, чтобы исключит изменение выталкивающей силы жидкости. Сущность способа базируется на из вестной зависимости высоты капиллярного поднятия (h) от эквивалентного радиуса пор () и свойств смачиваю щей жидкости. Каждой величине г соответствует своя равновесная величина h, соглас но уравнению Лапласа: 2Г 5Гдцв оз 19 -/ZTr gj S .д . h, где О - поверхностное натяжение жид кости; S - плотность жидкости; 0 - угол смачивания материала жидкостью; g - ускорение свободного падения. В процессе поднятия жидкости в полидисперсной капиллярно-пористой структуре образца в каждый момент времени достигается равновесное соетояние для пор соответствующего радиуса. При этом изменение массы образца в период между текущими измерениями, отнесенное к общей массе жидкости, вошедшей в образец, определяет долю пор соответствующего эквивалентного радиуса. На фиг.1 схематично представлен процесс капиллярного поднятия в поли дисперсной пористой системе во времени- (в каждый момент времени С достигается определенная величина капиллярного поднятия , соответству ющая равновесному заполнению капилля ров с радиусом г, и неравновесному заполнению с Г9Ц0 r,j); на фиГо2 - кривые, характеризую1 ие изме нение массы образца и высоты подняти жидкости по образцу во времени; на фиг.З - распределение пор по-размерам. На фиг.1 обозначено: т - масса с хого образца; т, масса проп тываемого образца в момент времени Т.,;С соответственно; ,2 Ъ фиксируемая величина капиллярного поднятия в момент времени Т ; соответственно; г ; г г - эквива лентные радиусы капилляров. Двойной чертой на фиг.Г выделен равновесный уровень капиллярного поднятия для капилляров соответствующего радиуса Взаимосвязь между массой жидкост и высотой капиллярного поднятия в каждый момент времени можно записать следующим образом. ,,1пя момента m, ( -t-гз). Для момента C2m2 m)+K;(h2.-h и) ( Ф ( r2+r|)Jr. Для момента Т- (h4-h2) г «m +TcHha-h ) () + +ЩН.,,). . Выражение для относительной доли капилляров, например радиуса Га в общем объеме пор можно записать, как ni5,-mo Подставив в это выражение значение г , определяемое из соотношения ,2,+ЯИ7,-112)г,,, получим , ч, л- iS2:22-lhA. . (тз-ШоУТНз-Н) Аналогичные выражения можно получить и для капилляров других радиусов, 3 общем виде относительную долю капилляров данного радиуса можно записать:л . bj i „um-i одесь член гггйг представляет собой изменение массы образца текущими измерениями, отнесенное к общей массе жидкости, вошедшей в образец. Величина )1 -определяет степень дробления интервала эквивалентных радиусов исследуемых пор и может быть выражена через соответствующие вКЙ учитывает также неравенство скоростей поднятия жидкости по капиллярам равного радиуса (поскольку при выводе было сделано допущение о равенстве этих скоростей). Величину ЛУЛ) |д11,,удобно получать из графика (Yc) методом касательных и кривой т- для текущих моментов времени (фиг.2), которые выбираются по кривой (Т) или (V в зависимости от интересующих нас , определяемых из 9(h). Задавшись интересующими значениями г из соотношения h определяют соответствующие значения h, Далее на кривой (С) (фиг. 2) находят значения т, соответствующие ранее определенным значениям h. Проведя касательные к кривой (f) в точках mjf, получают отрезки , а затем вычисляют отношение Q.- Si-Hd ; при этом член uniSalw-ur дг. в знаменателе учитывает неравномерность разбиения по радиусам

п jil2i-t J- (r) V . и достигается поставленная цель.

П р и .м е р . Определякзт распределение пор по радиусам в капиллярно-пористом алюминиевом покрытии, нанесенном методом газотермического напыления на теплообменные трубы (J 20 мм.Толщина покрытия 0,3 мм. Измерения проводят на установке, позволяющей осуществлять непрерывную регистрацию изменения массы и высоты поднятия жидкости по покрытию во времени.

В качестве рабочей среды используют ацетон, который хорошо смачивает алюминий. Образец погружают в сосуд с ацетоном на глубину 5 мм Моменты замера массы образца и высоты капиллярного поднятия выбираются с учетом удобства построения графиков с временной координатой У-Г. По полученным данным строят график (h;Vc) и {m;-Tfc) с общей осью абсцисс, на которых производят указанные расчеты

На фиг.З представлено распределение пор в исследованном газотермичес ком покрытии, полученное предлагаемым способом. Программа построена в координатах -АШ1, Г; , при этом

itOTYliu выбор ординаты сделан с учетом возможного неоднородного интервала раПИУСОВ пор.

90160 . 6

Преимуществами предлагаемого способа определения распределения пор по радиусам в пористых материалах по сравнению с известными яв5 ляются: простота методики, обусловленная использованием широко распространенных средств измерения; возможность получения всей кривой распределения пор по радиусам.

10

Формула изобретения

Способ определения массообменных характеристик пористых материалов, заключающийся в приведении торца испытываемого образца в контакт со смачивающей жидкостью и непрерывном измерении массы образца по мере впитывания им жидкости, отлич ающ и и с я тем, что, с целью повышения информативности способа, одновременно регистрируют высоту капиллярного поднятия жидкости и по полуг ченным кривым рассчитывают распределение пор по радиусам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 29020, кл. G 01 N 15/08, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР,по заявкеff 28883б8,.кл. G 01 N 15/08, 1980 (прототип).

S

$

551

Y //////// //////////// / f / J / J jff

§ .

Гс ;пи/7//7//

//У

7 / / f / у / у J / / / 7 /

/ / /.