CN103091228A - 一种新型闭式渗透率测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型闭式渗透率测试装置，包括氨气罐、减压阀、压差传感器、渗透率测试台、和截止阀，将测试材料压制入渗透率测试台的测试槽道内，抽真空，然后充入氨气，使压制的测试材料对氨气进行吸附，然后进行渗透率的测试和计算；氨气罐用于提供吸附所需要的氨气；减压阀提供减压到达测试所需要的压力；压差传感器用于测试气体进出口压差；截止阀为了控制吸附气体过程中的流速。该装置结构简单设计合理，能够准确的测试出固化材料吸附以后的渗透率。

Description

一种新型闭式渗透率测试装置

技术领域

本发明涉及一种材料渗透率测试装置，更具体的说，涉及一种新型闭式渗透率测试装置。

背景技术

作为一种绿色的制冷技术，吸附式制冷吻合了当前经济、能源以及环境协调发展的总趋势。固体吸附式制冷可采用余热驱动，不仅对电力的紧张供应可起到减缓作用，而且能有效利用大量的太阳能，工业余热等低品位热能。然而，吸附制冷系统中吸附床不良的传热传质性能一直是限制吸附式制冷实现产业化研究中所面临的主要问题。所以研究和测试吸附剂的渗透性能一直是吸附制冷的关键，现有的渗透率测试装置。比如专利CN101221111中的渗透率测试将圆柱形全直径岩心上下端面密封，然后沿中心轴线钻空形成圆形孔眼，将岩心垂直放置，向端面中心孔注入流体，流体从轴心孔进入岩心体内，在岩心体内形成垂直于岩心轴线的辐射状平面流动，再由岩心周围侧表面流出；测量岩心外侧表面不同方向的流量或流速，同时记录中心孔注入压力与岩心外表面压力之差，流体流速最大的方向则为最大渗透率主方向，流量最小的方向则为最小渗透率主方向；根据岩心内外压差和渗透率主方向的流速计算得到渗透率主值。但是对于多孔介质或者吸附剂的测量并不适用，由于这样设计并非是密闭的，所以并不能有效的测试吸附气体以后的渗透率。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种新型闭式渗透率测试装置，克服现有渗透率值测试仪器对于多孔材料或者固化材料存在的不足，并且可以控制吸附压力，该装置结构简单，安全可靠。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种新型闭式渗透率测试装置，包括氨气罐、减压阀、压差传感器、渗透率测试台、和截止阀，将测试材料压制入渗透率测试台的测试槽道内，抽真空，然后充入氨气，使压制的测试材料对氨气进行吸附，然后进行渗透率的测试和计算；氨气罐用于提供吸附所需要的氨气；减压阀提供减压到达测试所需要的压力；压差传感器用于测试气体进出口压差；截止阀为了控制吸附气体过程中的流速。

可采用径向的Ergun模型计算出样品的径向渗透率值，其关系式如下：

$Y=B_{r}X+\frac{1}{K_r}---\left(1\right)$

其中

$Y=\frac{(P_2^2-P_1^2)\mathrm{\π\Δz}}{\mathrm{RT}{\mathrm{\μm}}_{\mathrm{rc}}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},$ $X=\frac{(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})m_{\mathrm{rc}}}{2\mathrm{\π\Δz\μ}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},m_{\mathrm{rc}}=2\mathrm{\π\Δz\ρ}{v}_{\mathrm{rc}}$

或

$Y=\frac{(P_1^2-P_2^2)\mathrm{\π\Δz}}{\mathrm{RT}{\mathrm{\μm}}_{\mathrm{rd}}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)}$ $X=\frac{(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})m_{\mathrm{rd}}}{2\mathrm{\π\Δz\μ}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},m_{\mathrm{rd}}=2\mathrm{\π\Δz\ρ}{v}_{\mathrm{rd}}---\left(2\right)$

式中：K_r是径向渗透率值(m²)，B_r是样品的形状因子，P₁和P₂分别是进口压力和出口压力，R₁和R₂是环柱形样品的内外半径(m)，△z是样品的高度(m)，R气体常数(J·kg^-1·K^-1),T是环境温度(K),μ和ρ分别是气体粘度(Pa·s)和气体密度(kg·m^-3)，m气体流量(kg·s^-1),v是气体流速(m·s^-1),下标rc和rd分别表示了径向汇聚和径向扩散的模式。

本发明可以在环境温度下对吸附后的材料进行渗透率测试。并且可以控制吸附压力了，该装置结构简单，安全可靠。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明测试台内部结构图。

具体实施方式

下面对本发明的实例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下属的实施例。

如图1所示，本发明所提供的新型闭式渗透率测试装置，包括：氮气罐1、减压阀2、压差传感器3、渗透率测试台4、截止阀5。将测试材料压制入渗透率测试台4的测试槽道内，抽真空，然后充入氨气，使压制的测试材料对氨气进行吸附，然后进行渗透率的测试和计算；氨气罐1用于提供吸附所需要的氨气；减压阀2提供减压到达测试所需要的压力；压差传感器3用于测试气体进出口压差；截止阀5为了控制吸附气体过程中的流速。

如图2所示，所述测试台的内部结构图，包括：下底板6、导管7、钠子8、内侧圆通网筛9、外侧圆通网筛10、外侧圆筒11、法兰12、内侧圆筒盖板13、导管14、法兰盖15、螺栓螺母组件16、中间圆筒17、内侧圆筒18、中间圆筒下板19、内侧圆筒下板20、测试槽道21。其中下底板6主要用于支撑实验台，导管7用于输入氮气或者氨气用于渗透率的测试，内外网筛主要是测试渗透率时候的传质通道，内外圆筒用于分割测试槽道出口通道，法兰用于密封和连接，测试槽道用于填充吸附剂

在外部通道通入气源，这个气源主要用于模拟测试材料的解吸过程。氨气的传质通道在中部，即外部的气源通过吸附剂后，在中部的气体通道流出，这个过程中的压差以及流量分别通过压差计与流量计来测试。外部的气源将通过中部的气体通道接入，然后通过外部的通道流出。这个过程主要是模拟吸附过程。即气体的传质通道在中部，在吸附过程中，气体从中部通入，然后传递到吸附剂中。渗透率测试过程中由于采用的是多孔介质基质，需要考虑Darcy传质现象以及非Darcy传质现象。考虑到Ergun模型在多孔介质的传质中应用较多，同时由于测试样品内部气体雷诺数仅在10～200之间，故此时可采用径向的Ergun模型计算出样品的径向渗透率值，其关系式如下：

$Y=B_{r}X+\frac{1}{K_r}---\left(1\right)$

其中

$Y=\frac{(P_2^2-P_1^2)\mathrm{\π\Δz}}{\mathrm{RT}{\mathrm{\μm}}_{\mathrm{rc}}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},$ $X=\frac{(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})m_{\mathrm{rc}}}{2\mathrm{\π\Δz\μ}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},m_{\mathrm{rc}}=2\mathrm{\π\Δz\ρ}{v}_{\mathrm{rc}}$

或

$Y=\frac{(P_1^2-P_2^2)\mathrm{\π\Δz}}{\mathrm{RT}{\mathrm{\μm}}_{\mathrm{rd}}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)}$ $X=\frac{(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})m_{\mathrm{rd}}}{2\mathrm{\π\Δz\μ}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},m_{\mathrm{rd}}=2\mathrm{\π\Δz\ρ}{v}_{\mathrm{rd}}---\left(2\right)$

式中：K_r是径向渗透率值(m²)，B_r是样品的形状因子，P₁和P₂分别是进口压力和出口压力，R₁和R₂是环柱形样品的内外半径(m)，△z是样品的高度(m)，R气体常数(J·kg^-1·K^-1),T是环境温度(K),μ和ρ分别是气体粘度(Pa·s)和气体密度(kg·m^-3)，m气体流量(kg·s^-1),v是气体流速(m·s^-1),下标rc和rd分别表示了径向汇聚和径向扩散的模式。

渗透率测试台4主体是圆柱形，其上的测试槽道21是在圆柱形的测试台主体中心设置的圆环形凹槽，测试材料压入凹槽中，然后由密封垫圈和法兰进行密封。测试槽道和环境之间有着水路冷却。

本发明为一种新型渗透率测试装置，能完成对符合以下要求的材料进行测试：

1)测试材料性质：对于本实验测量的材料，一般为吸附材料或是比较疏松的介质，也可以使粉末，需要测试不同密度下的渗透率时，对不同的材料进行压制，吸附氨气，然后实施测量。

2)渗透率测试范围：由于吸附以后的渗透率会有比较明显的变化，所以闭式渗透率测试台的测试范围为10^-10-10^-20m².

3)导热系数测试环境：由于整个导热系数台没有一个控制环境，所以如果没有外加控温箱体的情况下，本渗透率实验台，只能测试在环境温度下的渗透率，不能测试变温情况下的渗透率。

Claims (5)

1.一种新型闭式渗透率测试装置，其特征在于，包括氮气或氨气罐、减压阀、压差传感器、渗透率测试台和截止阀，将测试材料压制入渗透率测试台的测试槽道内，抽真空，然后充入氮气或氨气，使压制的测试材料对氮气或氨气进行吸附，然后进行渗透率的测试和计算；氮气或氨气罐用于提供吸附所需要的氮气或氨气；减压阀提供减压到达测试所需要的压力；压差传感器用于测试气体进出口压差；截止阀为了控制吸附气体过程中的流速。

2.根据权利要求1所述的新型闭式渗透率测试装置，其特征在于，所述渗透率值是采用径向的Ergun模型计算的，其关系式如下：

$Y=B_{r}X+\frac{1}{K_r}---\left(1\right)$

其中

$Y=\frac{(P_2^2-P_1^2)\mathrm{\π\Δz}}{\mathrm{RT}{\mathrm{\μm}}_{\mathrm{rc}}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},$ $X=\frac{(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})m_{\mathrm{rc}}}{2\mathrm{\π\Δz\μ}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},m_{\mathrm{rc}}=2\mathrm{\π\Δz\ρ}{v}_{\mathrm{rc}}$ 或

$Y=\frac{(P_1^2-P_2^2)\mathrm{\π\Δz}}{\mathrm{RT}{\mathrm{\μm}}_{\mathrm{rd}}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)}$ $X=\frac{(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})m_{\mathrm{rd}}}{2\mathrm{\π\Δz\μ}\log \left(\frac{R_2}{R_1}\right)},m_{\mathrm{rd}}=2\mathrm{\π\Δz\ρ}{v}_{\mathrm{rd}}---\left(2\right)$

式中：K_r是径向渗透率值，B_r是样品的形状因子，P₁和P₂分别是进口压力和出口压力，R₁和R₂是环柱形样品的内外半径，△z是样品的高度，R气体常数,T是环境温度,μ和ρ分别是气体粘度和气体密度，m气体流量,v是气体流速,下标rc和rd分别表示了径向汇聚和径向扩散的模式。

3.根据权利要求1所述的新型闭式渗透率测试装置，其特征在于，所述渗透率测试台主体是圆柱形。

4.根据权利要求3所述的新型闭式渗透率测试装置，其特征在于，所述渗透率测试台的测试槽道是在圆柱形的测试台主体中心设置的圆环形凹槽，所述测试材料压入凹槽中，然后由密封垫圈和法兰进行密封。

5.根据权利要求1所述的新型闭式渗透率测试装置，其特征在于，所述测试槽道和环境之间有着水路冷却。

Images