Устройство для определения проницаемости пористых материалов

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ 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 изних. В настоящее время пористые материалы находят все более широкое при" менение при организации защиты стенок различных аппаратов от воздействия среды с высокой температурой, лучистых потоков тепла или агрессивной среды путем пропускания сквозь стенки расхода защитного газа или жидкости,например,при изготовлении межэлектродных вставок электродуговых генера 20 ;торов плазмы, При этом для высоконапряженных конструкций большое значение приобретает такая характеристика пористой стенки, как величина расхода защитного газа или жидкости в каждомотдельном месте ее поверхности,Отсутствие расхода или пониженныйместный расход защитного газа илижидкости могут привести к выходу изстроя конструкции независимо от надежности защиты остальной поверхнос"ти стенкиИзвестен прибор для определенияпроницаемости пористых изделий, содержащий отсчетное устройство ротаметрического типа и измерительную го"ловку с цилиндрическим соплом вэластичной торцовой накладке. Изме"рительную головку прижимают к поверх"ности испытуемого пористого изделияи по показаниям ротаметра судят опроницаемости пористой поверхности 111,Недостатком указанного устройствав данном случае является определениепроницаемости пористой поверхности вобратном по отношению к рабочему нап"равлении, а также наличие ошибки оп"ределения проницаемости, связанной с неопределенностью площади растекания струи газа внутри пористой стенки.Известно также устройство для определения газопроницаемости пористых материалов, включающее напорную ем" кость и измерительное устройство со снабженной микрометрическим винтом станиной, на которой смонтирован сильфонный датчик давления, имеющий сменную полую иглу. Полую иглу пере" мещают 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 исследуемого материала по всей его поверхности 1 21.Однако данная установка характеризуется недостаточной точностью показаний датчика скорости потока (полой иглы). при диаметре датчика скорости л 0,5 - 2,0 мм и размерах пориспытуемого материала0,01 - 0,10 мм,характерных, например, для материалов, получаемых методами порошковойметаллургии, датчик скорости воспринимает одновременно скоростной напорнескольких десятков струй, истекающих с поверхности пористого материала, в связи с чем затруднено непосредственное сопоставление показаний дат. чика скорости с фактической величи,ной расхода газа через площадь поверх"ности материала, равную площади чув- ЗЗствительного элемента датчика скорости,Целью изобретения является повышение точности определения проницаемости по поверхности пористого материала.Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее напорную емкость для испытуемого пористого ма 45 териала, датчик скорости текучейсреды с приспособлением для его перемещения, снабжено тонкостенной цилиндрической трубкой длиной 8-15 ее диаметров, 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 трубке выполнено с помощью пластин, прикрепленных к трубке на расстоянии 5- 10 ее диаметров от входа в трубку и расположенных в радиальных плоскостях симметрично относительно оси трубки.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 измеР рение 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 трубки0,05 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 минимальноезагромождение проходного сечения потока на выходе испытуемого пористогоматериала 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,0161 3 0 1 зо 23 30 35 5 89В напорной емкости 1 герметичноукреплен испытуемый пористый материал 2, Датчик 3 скорости выполнен сустройством 4 для его перемещения ижестко скреплен с помощью пластин 5,расположенных в радиальных плоскостях симметрично относительно оси, стонкостенной трубкой 6, отбирающейпоток непосредственно на выходе изпористого материала 2,Данное устройство выполняют приследующих параметрах,Тонкостенную трубку изготавливаютиэ хромоникелевой нержавеющей сталис внутренним диаметром 2,5 мм, длиной 30 мм с толщиной стенки 0,05 мм,Диаметр трубки выбран из условий до"пустимых размеров неравномерностивдува газа для конкретного пористогоматериала и условий его работы, Датчик скорости, выполненный из нержаве"ющей стали в виде трубки полного напора с внешним диаметром 0,6 мм и свнутренним диаметром 0,4 мм, располагается на расстоянии 0,3 мм от выходатонкостенной трубки на ее оси симметрии. Крепление датчика скорости к.тонкостенной трубке осуществляют спомощью четырех симметрично расположенных пластин из нержавеющей сталитолщиной 0,05 мм и шириной 8 мм,которые припаивают к трубке на рас,стоянии 20 мм от ее входа и к корпусудатчика скорости,С помощью координатного устрой. ства датчик скорости с тонкостенной трубкой перемещают в различныеместа поверхности испытуемого пористого материала и определяют величину расхода потока из напорной емкости через площадь поверхности пористого материала, равную плошади проходного 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 скорости на оси симметрии к средней по сечению скорости потока колеблется в пределах ь 5 Г. Измерения в аэродинамической трубе показывают снижение ( скорости на оси симметрии трубки за счет ее гидравлического сопротивления не более, 5/, Таким образом, погрешность измерения расхода через тонкостенную трубку, с учетом погрешности определения температуры, давления и скоростного напора, не превышает1153, 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 измеренияхравномерности проницаемости с помо".щью одной только трубки полного напора не удается сопоставить показания трубки с величиной суммарногорасхода, отнесенного к площади поверхности пористого материала, и оравномерности проницаемости судят посоотношениям квадратных корней иэ величин показаний трубки полного напора,Применение предлагаемого устройства позволяет существенно повыситьточность определения проницаемостипо поверхности пористых материалов(как в виде образцов, так и в видеготовых изделий) и повысить качестворазрабатываемых пористых материалов,а также достоверность определенияусловий их работы, повысить надежность работы высокотемпературных аппаратов и установок,Формула изобретенияУстройство для определения проницаемости пористых материалов,содержащее напорную емкость дляиспытуемого пористого материала,датчик скорости текучей среды с при"способлением для его перемещения,,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измерений,устройство снабжено тонкостенной цилиндрической трубкой, жестко скрепленной с датчиком скорости, установленным по оси симметрии на выходеуказанной трубки на расстоянии отнее 0,05-0,30 диаметра трубки, длинакоторой составляет 8-15 диаметровпоследней, причем узел крепления тонкостенной трубки выполнен в видепластин, прикрепленных к трубке нарасстоянии 5-10 ее диаметров от входа в трубку и расположенных в ради"альных плоскостях симметрично относительно оси трубки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРй 541109, кл. О 01 И 15/08, 1974.2, Авторское свидетельство СССРй 249734, кл, 6 01 И 15/08, 19688901 б 1Составитель Е.Иаллерор С,Тимохина Техред Д. Бабинец Корректор С,йекмаракаэ 10956/7 Тираж 910 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная