Устройство для определения проницаемости пористых материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N15/08 

(Б ) УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ

I

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, а более конкретно - к устройствам для определения характеристик проницаемости пористых материалов, и может быть использовано при отработке технологии изготовления пористых материалов, а также при контроле изделий из

НИХо

В настоящее время пористые материалы находят все более широкое применение при организации защиты стенок различных аппаратов от воздействия среды с высокой температурой, лучистых потоков тепла или агрессивной среды путем пропускания сквозь стенки расхода защитного iгазаили жидкости,например,при изготовлении межэлектродных вставокЭлектродуговых генераjTopoB плазмы.При этом для высоконапряженных конструкций большое значение приобретает такая характеристика пористой стенки, как величина расхода заПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

щитного газа или жидкости в каждом отдельном месте ее поверхности. Отсутствие расхода или пониженный местный расход защитного газа или жидкости могут привести к выходу из строя конструкции независимо от надежности защиты остальной поверхности стенки.

Известен прибор для определения проницаемости пористых изделий, содержащий отсчетное устройство ротаметрического типа и измерительную головку с цилиндрическим соплом в эластичной торцовой накладке. Измерительную головку прижимают к поверхности испытуемого пористого изделия и по показаниям ротаметра судят о проницаемости пористой поверхности 1.

Недостатком указанного устройства в данном случае является определение проницаемости пористой поверхности в обратном по отношению к рабочему направлении, а также наличие ошибки определения проницаемости связанной с неопределенностью площади растекания струи газа внутри пористой стенки Известно также устройство для определения газопроницаемости пористых материалов, включающее напорную емкость и измерительное устройство со снабженной микрометрическим винтом станиной, на которой смонтирован сильфонный датчик давления, имеющий сменную полую иглу. Полую иглу перемещают на станине относительно поверхности испытуемого пористого материала, через который протекает газ из напорной емкости, и по показаниям датчика судят о газопроницаемости в каждой отдельной точке исследуемог материала по всей его поверхности 2 Однако данная установка характеризуется недостаточной точностью показаний Датчика скорости потока (полой иглы): при диаметре датчика скорости.А/ О,5 - 2,0 мм и размерах пор испытуемого материала 0,01 - 0,10мм характерных, например, для материалов, получаемых методами порошковой металлургии, датчик скорости воспринимает одновременно скоростной напор нескольких десятков струй, истекающих с поверхности пористого материала, в связи с чем затруднено непосред ственное сопоставление показаний дат . чика скорости с фактической величи,ной расхода газа через площадь повер ности материала, равную площади чувствительного элемента датчика скорости. Целью изобретения является повышение точности определения проницаемости по поверхности пористого материала. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее напорную емкость для испытуемЬго пористого ма териала, датчик скорости текучей среды с приспособлением для его пере мещения, снабжено тонкостенной цилин дрической трубкой длиной 8-15 ее диа метров, жестко скрепленной с датчиком скорости, установленным по оси симметрии на выходе указанной трубки на расстоянии от нее 0,05-0,3 диаметра трубки. Кроме того, крепление датчика скорости к тонкостенной труб ке выполнено Спомощью пластин, прикрепленных к трубке на расстоянии 510 ее диаметров от входа в трубку и расположенных в радиальных плоско1симметрично относительно оси т рубки. Открытая с обоих концов цилиндрическая тонкостенная трубка выделяет на поверхности пористого материала часть потока, профиль скорости которого деформируется по длине трубки от струйного на входе до трубного на выходе, так что измерение скорости на оси симметрии на выходе трубки с помощью датчика скорости, положение которого относительно трубки фиксировано, например, с помощью пластин, позволяет судить о величине расхода потока через трубку и, соответственно, о величине расхода через площадь поверхности пористого материала, выделенную тонкостенной трубкой. При длине трубки менее 8.диаметров существенна зависимость профиля скорости потока на выходе трубки от профиля скорости . на ее входе, при длине трубки более 15 диаметров существенно влияние гидравлического сопротивления трубки на величину расхода потока через нее Расстояние между датчиком скорости и тонкостенной трубкой определяется габаритами датчика скорости и погрешностью определения скорости на оси симметрии трубки. При расстоянии от трубки более 0,3 диаметра трубки проходное сечение между датчиком и трубкой больше проходного сечения трубки. При малых относительно трубки габаритах датчика отсутствие загромождения проходного сечения трубки датчиком скорости имеет место при расстоянии датчика от трубки 0,05 диаметра трубки. Расстояние 0,05-0,3 диаметра от выхода трубки удовлетворяет и требованию точности измерения скорости на оси симметрии на выходе цилиндрической трубки. Толщина стенки трубки 0,05-0,1 мм, применение пластин толщиной 0,050,1 мм и их расположение относительно трубки обеспечивают минимальное загромождение проходного сечения потока на выходе испытуемого пористого материала при достаточной прочности элементов конструкции. Материал трубки и пластин обеспечивает возможность их изготовления, и -длительную коррозионную стойкость измерительного устройства в потоке рабочего газа. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. 5 В напорной емкости 1 герметично укреплен испытуемый пористый материал 2, Датчик 3 скорости выполнен с устройством Ц для его перемещения и жестко скреплен с помощью пластин 5 расположенных в радиальных плоскостях симметрично относительно оси, с тонкостенной трубкой 6, отбирающей поток непосредственно на выходе из пористого материала 2. Данное устройство выполняют при следующих параметрах. Тонкостенную трубку изготавливают из хромоникелевой нержавеющей стали с внутренним диаметром 2,5 мм, длиной 30 мм с толщиной стенки 0,05мм. Диаметр трубки выбран из условий допустимых размеров неравномерности вдува газа для конкретного пористого материала и условий его работы. Датчик скорости, выполненный из нержаве ющей стали в виде трубки полного напора с внешним диаметром 0,6 мм и с внутренним диаметром 0, мм, распола гается на расстоянии 0,3 мм от выход тонкостенной трубки на ее оси симмет рии. Крепление датчика скорости к тонкостенной трубке осуществляют с помощью четырех симметрично расположенных пластин из нержавеющей стали толщиной 0,05 мм и шириной 8 мм, которые припаивают к трубке на рас,стоянии 20 мм от ее входа и к корпус датчика скорости. С помощью координатного устройства датчик скорости с тонкостенной трубкой перемещают в различные места поверхности испытуемого по. ристого материала и определяют величину расхода потока из напорной емкости через площадь поверхности пористого материала,равную плошади про ходного сечения тонкостенной трубки Эксперименты показывают, что для заданного числа Рейнольдса потока в трубке в зависимости от конфигурации загромождения входного сечения трубки, на выходе трубки отношение скоро ти на оси симметрии к средней по сечению скорости потока колеблется в пределахл/± 5. Измерения в аэродинамической трубе показывают снижение скорости на оси симметрии трубки за счет ее гидравлического сопротивлени не более/V/5. Таким образом, погрешность измерения расхода через тонкостенную трубку, с учетом, погрешности определения температуры, давления и 1 .4 скоростного напора, не превышает ±15, а средняя величина расхода, измеренного по всей поверхности испытуемого материала с помощью устройства, удовлетворительно согласовывается с суммарным расходом, отнесенным к площади поверхности материала. В то же время при измерениях равномерности проницаемости с помощью одной только трубки полного напора не удается сопоставить показания трубки с величиной суммарного расхода, отнесенного к площади поверхности пористого материала, и о равномерности проницаемости судят по соотношениям квадратных корней из величин показаний трубки полного напора, Применение предлагаемого устройства позволяет существенно повысить точность определения проницаемости по поверхности пористых материалов (как в виде образцов, так и в виде готовых изделий) и повысить качество разрабатываемых пористых материалов,а также достоверность определения условий их работы, повысить надежность работы высокотемпературных аппаратов и установок. Формула изобретения Устройство для определения проницаемости пористых материалов, содержащее напорную емкость для испытуемого пористого материала, датчик скорости текучей среды с приспособлением для его перемещения, ,0 тли, чающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство снабжено тонкостенной цилиндрической трубкой, жестко скрепленной с датчиком скорости, установленным по оси симметрии на выходе указанной трубки на расстоянии от нее 0,05-0,30 диаметра трубки, длина которой составляет 8-15 диаметров последней, причем узел крепления тонкостенной трубки выполнен в виде пластин, прикрепленных к трубке на расстоянии 5-1С ее диаметров от входа в трубку и расположенных в радиальных плоскостях симметрично относительно оси трубки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 N 15/08, 197. 2,Авторское свидетельство СССР № 24973, кл. G 01 N 15/08, 1968 (прототип).