Способ определения эффективного радиуса пор образца

Союз Советских

Социалистических

Рвснублин

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заяелеио 14.12. 79 (2т) 285492/18-25 (М

G N 15/08 с присоединением заявки Йо— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано:30,08В1. Бюллетень Н9 32

Ю) УД)(539.217.1 (088.8) Дата опубликования описания 30D881 (72) Авторы изобретения

В. В. Заец, A. И. Строжков, A. С. Белов и Е.Н.Строжкова (71) Заявитель (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 появления жидкости на верхнем срезе структуры при помощи оптической сис темы (1) .

Недостатком известного способа является то, что при его использовании черезвычайно трудно определить наличие дефектных пор в структуре,т.е ° таких пор, эффективный радиус которых на несколько процентов превьхаает ве 0 личину эффективного радиуса качественных пор, так как зрительно трудно заметить одну пору, не заполненную жидкостью, среди тысяч заполненных жидкостью пор.

Известен также способ определения эффективного радиуса пор полотнища f2).

Суть способа заключается в том, что под слоем пробной жидкости под пористое полотнище закачивают газ до,появления пузырьков газа,просачи20 вакщихся через поры полотнища, вычисляют эффективный радиус пор по формуле

Й0 с0% 9

Р 1 (ч)

ЗФ р- ооь где R>4, — эффективный радиус, м;

G — поверхностное натяжение пробной жидкости Н/м; краевой угол смачивания, рад;

859877

P — давление закачиваемого газа в момент прорыва его пузырьков через поры полот-. нища; плотность пробной жидкости, кг/м

g — ускорение свободного падеM/C ;

Ь вЂ” высота столба пробной жид-, кости под полотнищем, м., В формуле (1) все величины в правой части находят из таблиц, кроме

P u h.

Недостатком известного способа является то, что величина краевого угла смачивания 8 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 правильныь 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 жидо кость 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 внутренней поверхности канала капилляра нанесены риски квадратного сечения размером 0,01х0,01 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 ширина 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 угодно о близким к 0

Ясно, что если в формуле Жюрена, которая записывается как

28соэ Е

ggR, где обозначения те же, что и в формуле (1), кроме высоты поднятия жид кости (h > м), à R — радиус канала капилляра, м, использовать ы, взя тый из таблиц, то вычисление h при- ведет к большой ошибке.

Этот пример приведен для того, 5 чтобы проиллюстрировать, что в некоторых случаях знание точного угла смачивания не приводит к правильным замерам 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, выступы или быть скрученной из более тонких проволок в виде жгута и применение известного способа определе ния эффективного радиуса пор может привести к значительным ошибкам (на

Щ 30-10ОЪ, в зависимости от геометрии пор 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 в пробной жидкости, до прорыва пузырьков газа через поры образца с последующим вычислением эффективного радиуса пор по формуле

9,Q 009 >:>

"М р-р> м

35 гДе КЭ- — эффективный РаДиУс поР образца, м

6 поверхностное натяжение пробной жидкости, Н/м;

8 — краевой угол смачивания, 4О

Рад

P — давление газа в момент прорыва его пузырьков через поры полотнища,Н/м; плотность пробной жидкос45 ти, кг/м ;

g — ускорение свободного падения, м/с ; высота столба пробной жидкости над образцом, м, gg Перед подачей газа под образец выполняют в нем прокол круглой формы, измеряют диаметр прокола, подают под образец газ до прорывания пузырей газа через прокол и уточняют величину косинуса краевого угла смачивания по формуле й(Р-у р

СО>»= > (2) 6Î где  — радиус прокола, после этого прокол герметиэируют пробкой иэ невэаимодействующего с пробной жидкостью материала и вычисляют эффективный радиус пор образца, 65 используя при вычислении уточненную

859877 величину косинуса краевого угла смачивания. 1

На 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 проволоках

1 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 шероховатой 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.

Пример. 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 вниз к..днищу камеры 7. Разъем зажимают при помощи болтиков, не укаэанных на фигуре, установив предварительно между образцом 9 и поверхностью разьема 8 полиэтиленовые прокладки. 3атем поверх образца наливают бидистиллат 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. Посл этого при помощи формулы (2) проиэводят уточнение краевого угла смачи вания.

Величины h и Р измеряют в ходе эксперимента, остальные берут из таблиц. В этой формуле R — - радиус прокола.

Пусть в результате вычислений установлено, что краевой угол воды с медью равен 42 2О(подчеркиваем, что краевой угол смачивания воды с медью

-измерен именно для того образца,который прошел соответствующую обработку и будет испольэовай в партии тепловых труб). После этого прокол за1э тыкают пробкой 10 из фторопласта и повторяют измерения, т.е. по тракту

12 подают сжатый воздух, измеряя при помощи манометра 13 давление, пока пузырьки 15 не будут вырываться

2{) сквозь слой воды 14, используя найденный ранее косинус 8, полученное полотнище и измеренное значение h, по формуле (1) вычнсляют значение эффективного радиуса пор R сетчатод го полотнища.

Допустим, в результате вычислений оказалось, что эффективный радиус пор равен 10 мкм, что соответствует требуемому значению для данного типа тепловых труб. Вставки с большим значением радиуса пор выбраковывают.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что он дает более точное значение эффективного радиуса пор полотнища.

Формула изобретения

Способ определения эффективного

40 -радиуса пор образца путем подачи газа под образец, размещенный в пробной жидкости до прорыва пузырьков газа через пары образца с последующим вычислением эффективного радиуса пор

45 по фоРьг ле 2Ьсаеа

t зэ p > где и ф — эффективный радиус пор образца, м;

6 — поверхностное натяжение пробной жидкости, Н/м;

О - краевой угол смачивания, рад;

P - давление газа в Н/м в момент прорыва его пузырьков

i$ через поры образца; — плотность пробной жидкостм, кг/м ®; — ускорение свободного падения, м/c ; фф h — высота столба пробной жидкости над образцом,м, о т л и .ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения эффективного радиуса пор метал Я лической сетки, перед подачей газа

859877

С096 где R - радиус прокола, (Риг. 2

ВНИИПИ Заказ 7536/64 Тираж 907 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 под образец выполняют в нем прокол круглой формы, измеряют диаметр прокола, подают под образец газ до прорывания пузырей газа через прокол) и уточняют величину косинуса краевого угла смачивания по формуле после этого прокол герметизирует пробкой из невзаимодействующего с пробной жидкостью материала и вычис ляют эффективный радиус пор образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 209029, кл.G 01 М 15/08, 1967.

2. Беркман А.С. Пористая проница емая керамика, М-- 969, с.37 (прототип).