Механизмы аккумулирования и диссипации механической энергии в системе несмачивающая жидкость - нанопористое тело

• Автор: Белогорлов, Антон Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Механизмы аккумулирования и диссипации механической энергии в системе несмачивающая жидкость — нанопористое тело
Оглавление

Введение

Глава 1. Анализ литературных данных

1.1 Изменение физических свойств вещества в норовом пространстве нано и ангстремного масштаба

1.2 Порометрия

1.3 Закономерности процессов заполнения и вытекания несмачивающих

жидкостей из нанопористых тел

1.3.1 Влияние характеристик пористого тела на гистерезис и явление невытекания

1.3.2 Влияние жидкости на гистерезис и явление невытекания

1.3.3 Влияние температуры системы на процесс заполнения - вытекания
1.3.4 Диссипация энергии и тепловыделение в цикле заполнения - вытекания
1.3.5 Модели описывающие заполнение - вытекание жидкости из пор пористого
тела
1.4 Исследование динамики заполнения пористых тел
1.5 Применение системы нанопористое тело - несмачивающая жидкость 25 Глава 2. Исследование нерколяционного перехода и энергетики процесса
заполнения - вытекания несмачивающей жидкости из нанопористого тела
2.1. Исследуемые системы
2.2. Постановка эксперимента и методика измерений
2.3. Результаты экспериментов
2.4. Оценка параметров системы пористое тело - несмачивающая жидкость
2.5. Перколяционный переход в системе нанопористое тело - нссмачивающая жидкость
2.6. Температурные эффекты процесса заполнения - вытекания и
аккумулирование механической энергии системой несмачивающая жидкость

нанопористое тело Глава 3. Исследование энергетики процесса заполнения — вытекания
несмачивающей жидкости из нанопористого тела при ударном воздействии
3.1. Исследуемая система, стенд и методика измерений
3.2. Результаты экспериментов
3.3. Расчёт энергетических характеристик процесса заполнения — вытекания при 87 ударном воздействии
3.4 Анализ результатов
3.5 Модель динамики заполнения пористого тела
3.6 Сравнение с экспериментом 112 Глава 4. О возможности применения системы пористое тело - несмачивающая
жидкость в демпфирующих устройствах
4.1 Сравнение способов демпфирования
4.2 Возможность применения демпфирующего устройства с системой пористое тело - несмачивающая жидкость в стрелковом оружии и оценка параметров
отдачи
4.3 Возможность применения демпфирующего устройства с системой пористое тело - несмачивающая жидкость в артиллерийском оружии и оценка параметров отдачи
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность проблемы
Согласно современным представлениям, при сжатии системы нанопористое гело -несмачивающая жидкость и достижении порогового давления жидкость заполняет поры пористого тела. Этот переход жидкости из объёма в диспергированное состояние с нанометровым размером частиц жидкости в порах описывается как переход перколяциоиного типа [1]. Пространственное, перколяциоиного типа распределение кластеров из заполненных жидкостью пор, подтверждается эффектом «чёртовой лестницы» изменения сопротивления пористого тела (пористого стекла) при заполнении его ртутыо в окрестности порогового давления заполнения [2], а также эффектом «вязких пальцев» при вытеснении смачивающей жидкости из пор пористого тела другой жидкостью [3]. При этом формируется неоднородный фронт заполнения пористого тела. Такой характер заполнения типичен при заполнении макроскопических пористых тел смачивающими жидкостями. Для несмачивающих жидкостей заполнение носит'пороговый характер [1]. Пороговый характер заполнения был установлен для гранулированных пористых тел - цеолитов с размером пор (Я = 0.3-1.4 нм) и силохромов (Я = 4-420 нм) при их заполнении несмачивающими жидкими металлами [4-7], гидрофобизированных гранулированных пористых тел с каркасом из оксида кремния (Я = 3+50 нм) при их заполнении водой [8-13], водными растворами органических соединений [14,15], а также водными растворами солей [16,17]. В отличие от фазового перехода второго рода, к которому относят перколяционный переход [2], для всех исследованных систем наблюдается гистерезис заполнения - вытекания, а также явление невытекания, полного или частичного, несмачивающей жидкости из пористого тела при уменьшении до нуля избыточного давления [7-9,11,16,18,19]. Качественное описание данных явлений было дано в работе [7], где показано, что при медленном заполнении - вытекании, зависимость объёма жидкости в пористом теле от давления и величина объёма жидкости, оставшейся в порах, могут быть качественно описаны в рамках теории перколяции с учётом полученного выражения для энергетического барьера флуктуационного заполнения - вытекания жидкости из поры, обобщающего для пористых тел соотношение Лапласа. При быстром же заполнении со скоростями роста давления 104-И05 атм/с, в работах [20,21] было обнаружено, что заполнение происходит за пер коля цио иным порогом при давлении, значительно превышающем пороговое давление медленного заполнения. Кроме того, во время заполнения наблюдаются осцилляции давления [20]. Из этого следует, что

Проводимые эксперименты по заполнению пористого тела несмачивающей жидкостью без предварительной дегазации пористого тела поднимают правомерный вопрос о влиянии воздуха оставшегося в пористом теле на процесс заполнения — вытекания жидкости из пористого тела. При упругом сжатии газа внутри пористого тела согласно уравнению состояния Р, = Р2 -У2, где Р1 и V] начальное состояние газа, а и Кз конечное состояние газа. После начала заполнения пор пористого тела несмачивающей жидкостью с уменьшением свободного
объёма в применимости к пористой среде уравнение примет вид Р2 =где Р
атмосферное давление, V/ — объём пор, АV - объём жидкости заполнившей поры пористого тела. Таким образом, заполнение пор жидкостью приводит к увеличению давления газа, которое становится противодавлением для заполнения пор жидкостью. В этом случае получаемые в эксперименте значения давления (Р) должны быть скорректированы на соответствующее противодавление газа (Рт), для получения истинного значения давления заполнения пор (р) как р = Р - Р2. Для известного значения удельного объёма пор измеренного с точностью порядка 10%, при заполнении более 95% объёма пор величина противодавления может достигать более 20/’/. Однако для характерных давлений заполнения в эксперименте порядка 200 атм, такой вклад будет составлять лишь 10%, что укладывается в пределы погрешности измерений. Следовательно, для заполнения пористого тела несмачивающей жидкостью возможное противодавление заполнению за счет сжатия газа является слабо влияющим на получаемые зависимости давления от объёма.
При вытекании жидкости из пористого тела давление сжатого газа будет оказывать наоборот положительное действие, способствующее вытеканию жидкости. В процессе вытекания жидкости давление газа также будет изменяться согласно зависимости
Р2 но в Данном случае АV - объём жидкости оставшейся в порах пористого
тела. Таким образом, для вытекания, измеряемое давление (Р) может являться суммой давления вытекания и давления сжатого газа. Следовательно, возможны ситуации, когда давление вытекания формально является отрицательным, но вытекание жидкости происходит. В случае экспериментально наблюдаемых давлений вытекания порядка 1 ч- 20 атм возможный вклад давления сжатого газа может являться существенным для процесса вытекания жидкости из пор пористого тела.
Проверка влияния оставшегося в пористом теле воздуха на вытекание жидкости была проведена путем частичного заполнения пористого тела жидкостью с последующим её