Способ и устройство для определения проницаемости пористых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 А 119) (11) 51) С 01 И 1 ОПИС БРЕТЕНИЯЬСТВУ ВИДЕТ К АВТОРСНО(56) 1. Белов С.В. Пористые металлыв машиностроении. М.: Машиностроение, 198 9 проницаемост ца, затем опрепо формуле/сЛ 5 Р кр (1) )никсоницаем е К ть на выот ость жидкости;ность жидкости Я адь поперечногония образца;тая теплота паро сече- скрь обра уско падезования;рение свония;имальная ног 1, с.сильеврактеритилей 3.Л.Л. и др стик капи для низко труб, ИФ 06-611. Исследоллярно-по-. вани рист высо емпера 1972(54) СПОСО ЦАЕМОСТИ ПО РОЙСТВО ДЛЯ (57) 1. Сп цаемости п чающий при ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,пределения проних материалов, вклюе в контакт исследуена в РИСТЫЕГОсобристеден ре ения ате лов,выпол етко мого образца с жидкостью, пропиткуобразца под действием капиллярныхсил и расчет величины проницаемости по максимальной высоте подъемажидкости, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности путем приближения условийэксперимента к натурным и расширения технологических возможностей,после пропитки производят поэтапно локальный нагрев образца на заданных высотах, увеличивая тепловуюмощность до критического значения,соответствующего пересыхания образГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О модности2. Устройство для о проницаемости пористых включающее корпус с кач неннои с емкостью для жидкости иснабженной держателем образца,причем корпус устройства подсоединенк электрической схеме, о т л и-ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности определения путем приближения условий эксперимента к натурным и расширения технологических возможностей, оно снабжено нагревателем, установленнымна держателе образца, выполненнымв виде биметаллического кольца спрорезью, причем с обоих торцов ивнутренней поверхности нагревательпокрыт слоем теплоизолирующего материала.11559Изобретение относится к технической физике, в частности, к способам й устройствам для определенияпроницаемости пористых материалов,применяемых в качестве капиллярных .5структур различных теплообменныхаппаратов"испарителей, конденсаторов,тепловых труб, капиллярных насосови т.д.Известен способ для определения 10проницаемости пористых материалов,включающий создание перепада давления газа или жидкости на образцеисследуемого материала, измерениепри этом расхода и расчет искомойвеличины.Способ осуществляется в устройстве, включающем патрон для крепления исследуемого образца, источник регулируемого давления, манометр и расходомер 113 .Недостатком данных способа иустройства является то, что онидают только интегральную проницаемость пористого материала, которая 25не может характеризовать изменениепроницаемости по высоте при движении жидкости через материал поддействием капиллярных сил,Наиболее близким по технической 30сущности и достигаемому эффектук предлагаемому является способопределения проницаемости пористыхматериалов, включанарй приведениев контакт исследуемого образца сжидкостью,пропитку образца под действием капиллярных сил и расчет величины проницаемости по максимальной высоте подъема жидкости.Способ осуществляется в устройстве, включающем корпус е кареткой,выполненной с емкостью для жидкости и снабженной держателем образца,причем корпус устройства подсоединен к электрической схеме 123.45Недостатками известных способаи устройства является низкая точность определения, обусловленнаятем, что условия эксперимента далеки от натурных, и ограниченные 50технологические возможности. Так,например, в тепловых трубах транспорт яащкости происходит при повышенной темнературе.Прн этом меняются Физико-химические свойства жидкости, такие как поверхностное натяжение, вязкость, а значит, и проницаемость. Реализовать измерения по 13 2йзвестным способу и устройству в условиях повышенной температуры не изменив технической сущности нельзя.Цель изобретения - повышение точности путем приближения условий эксперимента к натурным и расширение технологических возможностей,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения проницаемости пористых материалов, включающему приведение в контакт исследуемого образца с жидкостью, пропитку образца под действием капиллярных сил и расчет величины проницаемости по максимальной высоте подъема жидкости, после пропитки производят поэтапно локальный нагрев образца на заданных высотах, увеличивая тепловую мощность до критического значения, соответствующего пересыханию образца, затем определяют проницаемость по фор- муле гдеК(Н) - проницаемость на высоте 6;- вязкость жидкости;- плотность жидкости,5 - площадь поперечногосечения образца;У - скрытая теплота паро-.образования;- ускорение свободногопадения;"р,о- максимальная высотаподъема жидкости;- высота, на которой производят нагрев,РкрМ - критическое значениемощности на высоте ЬПоставленная цель достигается также тем, что для реализации способа известное устройство для определения проницаемости пористых материалов,включающее корпус с кареткой, выполненной с емкостью для жидкости и снабженной держателем образца, причем корпус ус.ройства подсоединен к электрической схеме, снабжено нагревател зм, установленным на держателе образца, выполненным в виде биметаллического кольца с прорезью, причем с обоих торцов и внутренней поверхности нагреватель покрыт слоем теплоизолнрующего материала.В качестве теплоизолирующего материала можно использовать например асбест, тефлон, эмаль и т.п.На фиг.1 представлено устройство для определения проницаемости порис тых материалов, общий вид, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.Устройство состоит из каретки 1, на которой закреплен исследуемый образец 2. Каретка выполнена с емкостью для жидкости 3 таким образом, что нижний край исследуемого образца после закрепления в каретке оказывается смоченным. Уровень жидкости в емкости поддерживается постоянным сйециальным устройством.Каретка 1 установлена в направляющих 4 с возможностью перемещения в вертикальном направлении, причем ход каретки больше длины закрепленного на ней образца. Перемещение каретки осуществляется от редуктора 5 вручную или от электродвигателя. На полом стержне 6 установлен нагреватель 7 в виде разре. занного биметаллического кольца. Оба торца и внутренняя поверхность кольца покрыты слоем теплоизолирующего материала, например асбеста, тефлона, эмали и т.п., с целью практически полного отвода подводи- мого тепла в образец. В нормальных условиях диаметр нагревателя меньше внутреннего .диаметра образца, что обеспечивает свободное перемещение их один относительно другого. Снаружи к поверхности образца на одном уровне с нагревателем прижат датчик 8 температуры, установленный на плоской пружине 9. В качестве датчика температуры может использоваться термопара, терморезистор и т.п. Пружина с датчиком подводится к поверхности образца винтом 1 О, Вместо винта может использоваться также электромагнит. Все элементы устройства собраны в корпусе 11. Нагреватель подключен к регулируемому блоку 12 нагрева и ваттметру 13, а датчик температуры - к показывающему прибору.Устройство работает следующим образом.Каретку 1 опускают в крайнее нижнее положение. Емкость в каретке заполняют жидкостью 3 и уста 1155913 4навливают исследуемой образец 2.Затем каретку с образцом поднимаютв крайнее верхнее положение. Приэтом нагреватель 7 входит внутрьобразца. В этом положении к внешней поверхности образца подводятдатчик 8 температуры. После выдержки, достаточной для пропитки образца на высоту выше зоны нагре 1 О ва (4-5 мин), включают регулируемыйблок 12 нагрева и постепенно увеличивают подводимую мощность, одновременно следят за температурой поверхности исследуемого образца в15 зоне нагрева./Пока в порах образца в зоненагрева находится жидкость, температура поверхности не превышает 20 температуры кипения жидкости. Придостижении подводимой мощностьюкритического значения Р происходит пересыхание образца в местенагрева и резкое увеличение тем пературы. Определив значение критической мощности, блок 12 нагревавыключают. Так как нагреватель 7выполнен в виде разрезного биметаллического кольца, то при нагревеон увеличивает свой диаметр, плотноприлегая к образцу и обеспечиваяэтим эффективную теплопередачу, апри охлаждении уменьшает свойдиаметр, обеспечивая свободное перемещение нагревателя относительно 35образца. Отводя от поверхности образца датчик 8 температуры, каретку с образцом опускают на нужнуювысоту и производят определениекритической мощности в следующейзоне образца. Таким образом, получают зависимость критической тепловой мощности от высоты подъемажидкости в образце. 45Затем определяют максимальнуювысоту подъема жидкости как высоту, при приближении к которой критическая мощность стремится к нулю. После 50 чего по формуле рассчитывают проницаемость образца пористого материала на нужной высоте. Предлагаемые способ и устройст 55.во позволяют повысить точность определения. проницаемости пористыхматериалов за счет создания реальных условий и устранения погрешнос1155913 дают возможность исследовать любыеобразцы пористых материалов - металлические и неметаллические. Карманова КорректорЕ. Сирохм СоставительТехред М.Надь тор И. Каса е каз 3131/3 Тираж 897 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Рауш"Патент" Ужгород, ул. Проект ти известного способа на 137. и расширить технологические возможности, так как способ и устройство Подпиомитета СССоткрытийкая наб., д