Способ определения эффективного радиуса пор образца

Союз Советских Социалистических РвспублинОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ С ЕТЕЛЬСТВУ щ 859877(22) Заяелеио 14.12,79 (21) 285492/18-25с присоединением заявки Йо -(51)М. Кл.з О 01 й 15/08 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(53) УДК 539.217.1088.8) Дата опубликования описания 30.08 В 1(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО РАДИУСА НОР ОБРАЗЦА 30 Изобретение относится к энергии н 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 капиллярнвпористых. вставок тепловых труб. Теплопередающая способность тепловых труб определяется величиной эффективного радиуса пор пористой вставки,и величина этого параметра подлежит измерению перед установкой вставки в тепловую трубу. Известен способ определения размеров пор пористой структуры путем пропитки структуры пробной жидкостью с последующей фиксацией момента по" явления жидкости на верхнем срезе структуры при помощи оптической системы 13 .Недостатком известного способаявляется то, что при его использовании чрезвычайно трудно определить наличие дефектных пор в структуре,т.етаких пор, эффективный радиус которыхна несколько процентов превьхаает ве О личину эффективного радиуса качественных пор, так как зрительно труднозаметить одну пору, не заполненнуюжидкостью, среди тысяч заполненныхжидкостью пор.Известен также способ определения 1 з эффективного радиуса пор полотнища 2.Суть способа заключается в том,что под слоем пробной жидкости подпористое полотнище закачивают газдо,появления пузырьков газа,просачи ваяцихся через поры полотнища, вычисляют эффективный радиус пор по формулеЙО сОв 8Р1ЗФ Р-25 где ВЗФ - эффективный радиус, м;Г - поверхностное натяжениепробной жидкости Н/м;краевой угол смачивания,Рад;Р - давление закачиваемого газа в момент прорыва егопузырьков через поры полотнища;9 - плотност пробной жидкости, кг/м9 - ускорение свободного падения, м/сО;Ь - высота столба пробной кид-,кости под полотнищем, м.,В формуле (1) все величины в правой части находят из таблиц, кроме Ри Ь.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: сте пени окисления материала полотнища, степени насыщенности его газами,вида обработки, ориентации кристаллоь в проволоке полотнища и т.д, В неко торых случах знание точного угла смачивания не приводит к правильнью замерам эффективного радиуса пор.Рассмотрим капилляр с гладкими стенками с диаметром канала 1 мм, опущенного в жидкость с краевым углом смачивания, близким к 90 (равным, например, 80 ), В этих условиях жидокость 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 внутрен. ней поверхности канала капилляра нанесены риски квадратного сечения размером 0,01 х 0,01 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 этогО 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 ши. рина рисок в 10 раз больше общей ширины буртиков и поскольку краевой угол смачивания жидкостью буртиков равен ВО, а этот же угол на участке рисок можно считать равным нулю, то средний по периметру краевой угол смачивания будет уже не 80 , а энао чительно меньше. В зависимости от соотношения ширины буртиков и рисок его можно сделать сколь угоднооблизким к 0Ясно, что если в формуле Жюрена, которая записывается как28 соэ Ог где обозначения те же что и в формуле (1), кроме высоты поднятия жид кости (Ь, м),а й - радиус каналакапилляра, м, использовать О , взятый из таблиц, то вычисление Ь при-ведет к большой ошибке,Этот пример приведен для того,5 чтобы проиллюстрировать, что в некоторых случаях знание точного угласмачивания не приводит к правильнымзамерам эффективного радиуса пор.Это относится как к определению высоты поднятия жидкости, так и к определению эффективного радиуса пор.Как показывает приведенный пример,надо учитывать еще и геометрию каналов. В случае проволочных полотниь,сама проволока может иметь насечки,15 выступы или быть скрученной из болевтонких проволок в виде жгута и применение известного способа определе.ния эффективного радиуса пор можетпривести к значительным ошибкам (на2 О 30-100, в зависимости от геометриипор полотнища).Цель изобретения - повышение точности определения эффективного радиуса пор металличе"кой сетки.Указанная цель достигается тем,что в способе определения эффективного радиуса пор образца путем подачи газа под образец, размещенный впробной жидкости, до прорыва пузырьков газа через поры образца с последующим вычислением эффективного радиуса пор по формуле126 сОэ 9М Р-РЬ35где К - эффективный радиус пор образца, м6поверхностное натяжениепробной жидкости, Н/м;О - краевой угол смачивания, 4 ОРадР - давление газа в моментпрорыва его пузырьков через поры полотнища,Н/м;плотность пробной жидкос ти, кг/м;9 - ускорение свободного падения, м/с;высота столба пробной жидкости над образцом, м, 5 р Перед подачей газа под образец выполняют в нем прокол круглой формы,измеряют диаметр прокола, подают подобразец газ до прорывания пузырейгаза через прокол и уточняют величину косинуса краевого угла смачива"ния по формулеЦ Р-Уф) савве --Юрадиус прокола,после этого прокол герметиэируютпробкой иэ невэаимодействующего спробной жидкостью материала и вычисляют эффективный радиус пор образца,65 используя при вычислении уточненнуювеличину косинуса краевого угла смачивания. 1На фиг.1 показан образец полотнища с круглым проколом; на Фиг.2 схема установки для производства измерений; на фиг,3 - образование прокола.Образец полотнища состоит из проволок 1. Прокол 2 круглой конфигурации образован раздвинутыми при помощи шила проволоками. Прокол следует производить со стороны полотнища, противоположной вырывающимся пузырькам газа. На фиг.3 шило обозначено позицией 3.В результате прокола на проволоках1 от взаимодействия с поверхностью шила могут образоваться сглаженные участки 4 поверхности проволок, имеющие иные краевые углы смачивания, чем те поверхности 5, которых не касалось шило (изображены с шерохова" той структурой).Пузырьки газа образуются при прорыве мениска б,"сидящего" на "не испорченных" шилом поверхностях 5. По этой причине прокол следует производить с укаэанной выше стороны полотнища.Устройство для измерений состоит иэ камеры 7 с раэьемом 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 0-образного манометра 13.П р и м е р. Производят изготовление партии трубчатых капиллярнопористых вставок из медного сетчатого полотнища. Полотнище окисляют на воздухе, выдерживая в течение 3 ч при 400 С. Тепловые трубы предполагается испольэовать 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 проволоки образца. Измерения при помощи микроскопа показывают, что радиус прокола равен 1,6 мм, Прокол должен быть больше самой крупной поры, Образец 9 фиг.2) устанавливают в разьем 8 камеры 7 таким образом чтобы та сторбна полотнища, с которой производят прокол, была обращена внизк. днищу камеры 7. Разъем зажимают припомощи болтиков, не укаэанных нафигуре, установив предварительно между образцом 9 и поверхностью разьема 8 полиэтиленовые прокладки. Затем поверх образца наливают бидистил"лат воды, часть которого проливается сквозь образец вниз, Затем при помощи тракта 12 закачивают .под пористое полотнище газ, например при помощи детского воздушного шарика, до прорыва пузырьков из прокола. Послэтого при помощи формулы 2) проиэ.водят уточнение краевого угла смачивания.Величины Ь и Р измеряют в ходеэксперимента, остальные берут изтаблиц, В этой формуле К - радиуспрокола.Пусть в результате вычислений установлено, что краевой угол воды смедью равен 422 оподчеркиваем, чтокраевой угол смачивания воды с медьюизмерен именно для того образца,который прошел соответствующую обработку и будет испольэовай в партии тепловых труб). После этого прокол за тыкают пробкой 10 из Фторопласта иповторяют измерения, т.е. по тракту12 подают сжатый воздух, измеряя припомощи манометра 13 давление, покапузырьки 15 не будут вырываться 20 сквозь слой воды 14, используя найденный ранее косинус 6 , полученноеполотнище и измеренное значение Ь,по Формуле (1) вычнсляют значениеэффективного радиуса пор В сетчатод го полотнища.Допустим, в результате вычисленийоказалось, что эффективный радиуспор равен 10 мкм, что соответствуеттребуемому значению для данного типатепловых труб. Вставки с большим значением радиуса пор выбраковывают.Преимуществом предлагаемого способа является то, что он дает болееточное значение эффективного радиусапор полотнища.Формула изобретенияСпособ определения эффективного40 .радиуса пор образца путем подачи газа под образец, размещенный в пробнойжидкости до прорывапузырьков газачерез пары образца с последующим вычислением эффективного радиуса пор45 по фоаьгУле 24 сиазф агде й ф - эффективный радиус пор образца, м;6 - поверхностное натяжениепробной жидкости, Н/м;О - краевой угол смачивания,Рад;Р - давление газа в Н/м в момент прорыва его пузырьков55через поры образца;- плотность пробной жидкоскг/м ;- ускорение свободного падения, м/сф;0 Ь - высоа столба пробной жидкости над образцом,м ,о т л и .ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точностиопределения эффективного радиуса пор металлической сетки, передаподачей газа7 859877 СОЭО где й - радиус прокола,аэ 7536/64 Тираж 907 Подписно НИИП Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 под образец выполняют в нем проколкруглой формы, измеряют диаметрпрокола, подают под образец гаэ допрорывания пузырей газа через прокол 1и уточняют величину косинуса краевого угла смачивания по формуле после этого прокол герметиэируетпробкой иэ невэаимодействующего спробной жидкостью материала и вычисляют эффективный радиус пор образца.Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССРР 209029, кл.О 01 М 15/08, 1967.2. Беркман А.С. Пористая проницафемая керамика, М 1969, с.37 (прототип).