Методы контроля характеристик пористых сред, фильтров и аттестации контрольной аппаратуры

• Автор: Кушкин, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новоуральск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРИСТЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
2. МЕТОД ОЦЕНКИ РЯДА СТРУКТУРНЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРИСТЫХ ФИЛЬТРОВ ПРИ ПРОДУВКЕ ИХ ГАЗОМ
2.1 Основные характеристики фильтрующих пористых структур
2.2. Закономерности массопереноса в пористой среде
2.3 Проницаемость пористых сред и единицы ее измерения
2.4 Определение среднего радиуса (среднего размера) пор, коэффициента извилистости и удельной поверхности пористой среды
2.5 Определение проницаемости двухслойных (многослойных) пористых сред
2.6 Оценка скорости потока в норах
2.7 Контроль грубых дефектов пористой среды
2.8 Учет "местных" сопротивлений при измерениях
2.9 О точности определения характеристик пористых сред при продувке
2.10 Экспериментальное подтверждение закономерностей и аддитивности вязкого и диффузионного (молекулярного) потоков
2.11. Экспериментальное подтверждение зависимости эффективных величин извилистости пор от пористости образца
2.12. Пример использования изложенных методических подходов при оценке параметров слоев двухслойного пористоіч) фильтра фирмы “Pall”
3. АТТЕСТАЦИЯ ФИЛЬТРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ И ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ
3.1. Основные характеристики фильтров
3.2. Методический подход аттестации стенда для контроля эффективности фильтрации
3.3 Описание схемы стенда
3.4. Метрологическая аттестация стенда
3.5. Порядок работы и обработка результатов
3.6 Приборное обеспечение стенда испытаний
3.7 Методический подход проведения статистически значимой оценки эффективности фильтрации.

4. МЕТОД РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ
4.1 Основные механизмы фильтрации
4.2 Массоперенос в пористой среде и эффективность пылеулавливании
4.3 Коэффициенты массоперсиоса и переноса “вязкого” импульса из потока на стенку канала
4.4 Обобщенный коэффициент диффузии механических часгнц в потоке газа
4.5. Сопоставление теории с экспериментом
4.6. Практическое применение полученных закономерностей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение
Приложение
Введение
Актуальность работы. Развитие промышленного производства поставило задачи очистки промышленных выбросов, различных технологических потоков газов и жидкостей в один ряд с важнейшими, определяющими проблемами практически любой отрасли промышленности. Постоянно возрастающие требования к эффективности очистки газов и жидкостей привели к необходимости разработки широкого спектра фильтрующих устройств, которые изготавливаются с использованием новейших технологий в области получения ультратонких волокон на полимерной, стеклянной и металлической основах, ульт-радисперсных порошков из металлов, оксидов, карбидов и других соединений.
Известно, что многие эксплуатационные характеристики фильтрующих устройств, такие как эффективность пылеулавливания, потери напора, коррозионная стойкость, зона рабочих температур, ресурс, регенерируемость, стоимость изготовления и эксплуатации и др., определяются материалом и структурными характеристиками пористой среды фильтров.
Совершенствование и создание новых пористых сред напрямую связано с разработкой новых, более точных и оперативных методов контроля структурных и технических характеристик пористых сред и фильтров. В связи с этим любые усовершенствования имеющихся и разработка новых методов контроля характеристик пористых сред и фильтров, созданных на их основе, безусловно, представляют интерес и являются актуальной задачей. Вопросам методов контроля характеристик пористых сред посвящено достаточно большое количество публикаций. В подавляющем большинстве этих работ методические подходы никак не связаны с рабочими процессами, протекающими в пористых средах при их эксплуатации, в связи с чем получаются в определенной мере отвлеченные результаты, требующие порой соответствующих интерпретаций, причем ряд методов являются разрушающими и не позволяют их использовать в полной мере для сплошного контроля. Продувка пористых сред газом (измерение перепада давления и расхода при двух и более значениях давления) является самым простым и информативным методом неразрушающего контроля их параметров и исследования структуры. В сочетании с эпизодическими измерениями некоторых параметров другими методами, продувка позволяет получить данные для оценок эффективности, контроля и оптимизации большинства процессов в пористых средах. Учитывая растущее применение пористых материалов во многих отраслях промышленности (электрохимической, урановой, авиационной, металлургической, машиностроении, медицине, охране окружающей среды и др.), задача разработки оперативных, неразрушающих методов контроля характеристик пористых сред являются в настоящее время общей задачей широкого круга исследователей.
Современные высокоэффективные фильтры способны снижать загрязненность газовых потоков от аэрозольных частиц на много порядков. При испытаниях и контроле эффективности фильтрации приборы должны обеспечивать достоверные измерения величин, различающихся в миллионы и более раз. Аттестация таких приборов является труднейшей задачей. Основные приборы, используемые при оценки эффективности фильтров (ЛАС, ОАС, ФАН) метрологически не аттестованы, так как не разработаны методы градуировки, показания содержат систематические ошибки, величины которых не определены. Разработка методов аттестации фильтров и приборов, используемых для этих целей в настоящее время является актуальной задачей для специалистов в этой области техники.
Фильтрация как процесс очистки газов и жидкостей от механических частиц связана и реализуется посредством движения газа или жидкости через пористую среду. Существующие теоретические представления процесса фильтрации базируются на обтекании

р = У-8 г)* Т / (2 тс - ц) /(3000-[1+(а/гф)2])
_(6/ДР)в 64г|А/КТ/(2лц) гШр ] вА ц Я Т1(2 к-[1)
(С/ДР)„ 3-[1 + (о /гср)2|-Рср .шо ] 3.[1 + (о/гср)2].Рср
(2.4.1)
При этом величина (С/АР)о=(С/АР)м определяется либо экстраполяцией прямолинейной зависимости (С/АР)р от Рф к Рф= 0, либо рассчитывается по формулам, аналогичным (2.3.9), например,
(0/АР)м= [(С/АР)2 Рг (О/АР), Р2]/(Р,- Р2),
а (С/АР)в= (0/АР)р - (0/АР)м. (2.4.2)
Зная гф и (из независимых экспериментов) пористость П, и геометрию пористого образца (площадь Б и толщину 5), можно определить коэффициент {5, учитывающий влияние извилистости и наличия тупиковых пор на расход газа или жидкости. Для этого все известные величины следует подставить в любое из уравнений (2.3.3 ...2.3.6).
Если для данного класса пористых сред известна зависимость (3 от П (например, в виде (3= 1/П2), можно сделать достаточно точные оценки гф непосредственно по (2.3.3...2.3.6), решив уравнение, квадратное относительно гф:
гф=А/(л/1 + АВ+1). (2.4.3)
А,/Щ5Ж = шр.З.р.5/(4.Г„.П); в=[1+(о/гор)2]урорРе,
3,/2М„
32-тИ. ’
Рср = 11 Рф/даТ); £*=£=».
Зная пористость (П), средний размер пор (гф) и [1+(о/гф)2], легко найти
удельную внутреннюю поверхность пор. Отношение объема пор в единице объема образца (пористости) к средней площади сечения отдельной поры П/(я-(г2)ф) дает представление о суммарной длине пор (или их числе). Можно оценить поверхность всех пор, Т.е. внутреннюю поверхность единицы объема 8о(у) (м/м3) или единицы массы 8о(т) (м2/кг) пористого материала
Б„(,)= 271-Гср-П/(71-(г2)ф) = 2П/([1+(о/гф)2] гф) м2/м3;
$«*)/рпс= 2П/(р„ (1 -П) [1+(о/гф)2]-гф> м2/кг, (2.4.4)
где ргк-рм (141) -’,бpyттo,' - плотность пористой среды (кг/м3); рм-плотность материала, из которого сделана пористая среда.
Естественно, данный способ не учитывает вклад в 8о микрошероховатости внутренней поверхности пор и пористости самих зерен, если среда образована конгломератами мелких порошков. Как и вдавливание ртути, способ дает более низкие величины 8о, чем сорбция и капиллярная конденсация.
Еще раз следует обратить внимание на то, что только параметры Шо и У (или гф, (г2)ф/(гф)2, П, (3) позволяют однозначно определить свойства гомогенного пористого материала и его служебные характеристики практически в любых условиях (отличных от условий измерения), а при независимом измерении пористости и даже грубых оценках разброса размера пор (обычно множитель 1 + (а/гф)2=(г2)ф/(Гф)2 мало отличается от единицы)