Способ определения проницаемости пористого материала

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для исследования кинетики газообмена в пористых материалах, находящихся в неоднородном температурном поле. Целью изобретения является повышение информативности путем обеспечения определения потока газа, обусловленного неизотермическим ротационным обменом. Для этого пористый образец помещают между двумя замкнутыми камерами, поддерживают разные температуры на поверхностях образца, создают одинаковые давления газа в камерах и измеряют зависимость разности давлений в камерах от времени. С помощью математической обработки полученной зависимости рассчитывают интенсивность неизотермического ротационного обмена. 2 ил.

(!Е О!) Al щ)у G О! N 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4362572/24-25 (22) 01. 12,87 (46) 15.06.90. Бюл. и 22 (71) Саратовский филиал Научно-производственного объединения Агроприбор и Научно-исследовательский институт механики и физики Саратовского государственного университета (72) С.Ю. Гольдман, В.П, Макаров, Л.M. Минкин и Н.Г, Мясников (53) 539.217.1(088.8)

{56) Авторское свидетельство СССР

И 857792 кл, G 01 N 15/О8, 1979. .Авторское свидетельство СССР

1 920471, кл. С 01 N 15/08, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ

ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА

{57) Изобретение относится к контрольИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для исследования кинетики газообмена в пористых материалах, находящихся в неоднородном температур-ном поле, например, для изучения кинетики газового режима почвогрунтов, стройматериалов, текстильных и кожевенных изделий, фильтров, напыленных покрытий в почвоведении, строительной и химической промышленностях, электротехнике и геологии.

Цель изобретения — повышение информативности путем обеспечения определения потока газа, обусловленного неизотермическим ротационным обменом.

На фиг. 1 приведена зависимость разности давления газа в камерах от времени; на фиг. 2 - зависимость ло2 но-измерительной технике и может быть

:использовано для исследования кинетики гаэообмена в пористых материалах, находящихся в неоднородном температурном поле. Целью изобретения является повышение информативности путем обеспечения определения потока газа, обусловленного неизотермическим ротационным обменом. Для этого пористый образец помещают между двумя замкнутыми камерами, поддерживают разные температуры на поверхностях образца, создают одинаковые давления газа в камерах и .измеряют зависимость разности давлений в камерах от времени. С помощью математической обработки полученной зависимости рассчитывают интенсивность неиэотермического ротационного обмена.

2 ил. гарифма производной разности давлений от времени.

Способ осуществляют следующим об-. разом.

Исследуемый пористый материал (об-.: разец) помещают между двумя камерами заданного объема Ч „ и V . Затем нагревают поверхности образца до различных заданных значений Т, и Т, которые измеряют. После этого создают одинаковые давления Р с обеих сторон материала, соединив для этого обе ка- « меры с третьим объемом, например атмосферой. Отсоединяют камеры от третьего объема и начинают измерять возникающую в камерах разность давлений измерителем разности давленйй, так что получают зависимость разности давлений ао времени. Измерения проводят

3 1571473 (t:) а — - - dP(t) -- - - — - 2Р,Я; . гоФ P G(Т - Т» 1 G(аГт +4т ) (RT» RTa) T -. Т» ), 1., q g + — --(- т . 2P (+ --.) е<(a4Tt+JTs ) Г RT RTt.

P a+1) 7 - т (. цЧ, МЧа (2) (3) где j (t) . гоФ

Т, Т

P о

hP(t)—

R до момента установления стационарного режима, т.е. до момента достижения вел чины разности .давлений своего макс мального значения. Полученную завис мость (функцию) дифференцируют, затем логарифмируют и строят график этой функции от времени. Определяют интенсивность неиэотермического ротационного обмена, кг/с; температура одной поверхности образца, К; температура другой поверхности образца, К; 25 объем камеры, примыкающей к поверхности образца с температурой Т, 3

У объем камеры, примыкаю- yg щей к поверхности обрАзца с температурой Т,, мз начальное давление в камерах, Па; 35 разность давлений в камерах, Па; молекулярная масса газа, кг/моль; универсальная газовая 40 постоянная,Дж/(моль К);

= Т Ч /Т Ч

- величина, отсекаемая ,продифференцированной зависимостью разности 45 давлений в камерах на осИ ординат, представленной в виде логарифмической зависимости от времени, Па/с;

„50

- угловой коэффициент этой зависимости, Па/с2.

Пример . Для примера использовался однокамерный вариант, т.е.

Ч = с (а = О) (первым объемом служила

I атмосфера). Наблюдаемый газ — атмосферный воздух, Пористый образецнеобожженная глина типа ВГО-1. Образатем тангенс угла наклона этой прямой и величину, отсекаемую на оси ординат. (1

Интенсивность неиэотермического ротационного объема рассчитывают с помощью выражений: зец выполнен в виде цилиндрического стакана, обв»щенного днищем вверх.

Толщина стенок 0,01 м, высота стакана

0,11 м, радиус основания 0,035 м, так что его внутренний объем Ч = 5 х

110 м, а площадь поверхности S

= 0,035 м .

Стакан закрыт снизу гаэонепроницаемой крышкой, в которой сделан выводной штуцер, соединяющий через воздуховод трехходовой вакуумный кран, который в свою очередь мог соединяться через воздуховод с водяным манометром или открываться на атмосферу. Все выводы и соединения стакана, внутри которого размещался стабилизированный регулируемый электронагреватель, были тщательно загерметизированы, Вначале включали электронагреватель и прогревали всю систему до момента установления стационарного теплового режима, который контролировали с помощью датчиков температуры. Время установления стационарного теплового режима составляло около 1,5 ч при температуре поверхностей образца T

= 313 К и Т = 333 К (мощность weктронагревателя 30 Вт).

80 время прогрева кран 6bIR в положении "Атмосфера", так что созданное одинаковое давление с обеих сторон образца было равно атмосферному, которое контролировалось барометром и составляло Р- = 101 991 Па (765 мм рт.ст.). После прогрева кран переклю-. чался на манометр, с помощью которого регистрировалось изменение давления в контрольном объеме от времени. Приблизительно через 20-22 мин давление в камере достигало максимума йР

1373 Па (140 мм вод.ст.). В резуль5 157147 тате получен график bP(t) (фиг.I), на основе которого построен график функции F*(t) 1п(йЬР(с)/dtj (фиг. 2), По этому графику определили угловой коэффициент 6, который равен

1,76 10 2 Па/с, и величину, отсекаемую линейной функцией на оси ординат, It 3,48 Па/c (F*(t) 0 при t

3,Х мин), 10

После этого, используя формулы (2) и (3), получили

G 9810 мсК и

-t0 02

О 1,9 10 м с /кг, -t6 1,5

При этом а = 0 и R = 8,31 Дж/(моль К), мол. масса воздуха = 29 10 3 кгlмоль. (Р - - -) Т Т (Р -Р )(T +T)

Рр (Ò2 «Т, ) QPeaKc(aVT + 4T ) 77а+1) 2Рр d P+accZT++Ts) 3 потока rasa, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем обеспечения определения потока газа, обусловленного неизоЗ0 термическим ротационным обменом, образец размещают между двумя замкнутыми камерами, создают в камерах одинаковое начальное давление при постоянной разности температур между поверхйостями образца, измеряют зависимость разности давлений в камерах от времени до достижения стационарного значения, а интенсивность неизотермического ротационного обмена рассчитывают

40 с помощью выражения

Способ определения проницаемости пористого материала, заключающийся. в измерении временной зависимости давления газа, прошедшего через образец пористого материала в камеру, примыкающую к поверхности образца, при постоянной температуре этой поверхности, отличной от температуры другой поверхности, и расчете величины

p G (Т2 +T ) ир Р () «С (а» В - — 2p (2 кт, RTe

С е Рр(- — + — — ) Дф ) Т - температура одной поФ верхности образца, К;

Т - -температура другой по- верхности образца, КЧр — объем камеры, примыкающей к поверхности образПосле подстановки всех параметров в выражение (4) получим j"" = 14,1i 10" кг/с. Формула изобретения

rye g (t) — интенсивность неиэотер° о мического ротационного обмена, кг/с;

3 6

С помощью выражения (1) рассчитывали

1 (с) в любой момент времени,- в частности в стационарном состоянии . ро

j 2 Р„„ „СР,11 14,4 .10 кг/с, 1 м

При вычислениях принимались b Р„„„, 1373 Па, Р 101991 Па.

На основе полученных данных можно определить диффузионный газопоток через этот образец, характеризующий его проницаемость, например, при давлении с одной стороны Р = 111457,5 Па (1,1 атм) и температуре этой поверхности Тр 283 К (10 С) и давлении с другой стороны Р 101325 Па (1 атм) и температуре с этой стороны

Т = 323 К (50 С), используя выражение

I ца с температурой Т., м3 р

Ч, — объем камеры, примыкаю щей к поверхности образца с температурой Т;, 3 ° ДР(с) - разность давлений в

V камерах, Па;

Р - начальное давление в камерах, Па;

К вЂ” универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К);

114 - мол.м. газа кг/моль. .1 571473

Фиг.2

Составитель А. Ксицеев

Т хред и. МоРгентал КоРРектоР " "Ус.""

Редактор И. Недолуженко

Тираж 504

Подписное

Заказ 1507

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Носква, 3-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 191 а - T,×!Х,Ч,; - величина, отсекаемая лродифференцированной зависимостью разности давлений в камерах на оси ординат, лредставлен-

I ной в виде логарифмической зависимости от времени, Па/с. ,б- угловой коэффициент этой зави" симости, fla/сз.