SU1078284A1

SU1078284A1 - Device for determination of capillary pressure

Info

Publication number: SU1078284A1
Application number: SU823520881A
Authority: SU
Inventors: Владимир Васильевич Заец; Анатолий Иванович Строжков
Original assignee: Предприятие П/Я В-2679
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1982-12-13
Publication date: 1984-03-07

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СШРЕДЕЛЕ;НИЯ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ в мениске пробной жидкости, содержащее ванну с пробной жидкостью, в которую помещена рабоча камера, о тличающеес тем, что, с целью расширени технологических возможностей устройства, на двух наружных противоположных стенках .рабочей камеры выполнены горизонтальные полые выемки, в которые вложены съемные валики, установленные с зазором, а исследуемый материал жестко закреплен на поверхности по меньшей мере одного из валиков со стороны зазора. ел с vj 00 to 00 4DEVICE FOR EXTREME; NII CAPILLARY PRESSURE in the meniscus of test liquid containing a bath with test liquid in which a working chamber is placed, in order to expand the technological capabilities of the device, on two external opposite walls of the working chamber there are horizontal hollow notches, in which are removable rollers installed with a gap, and the material under study is rigidly fixed on the surface of at least one of the rollers on the side of the gap. ate with vj 00 to 00 4

Description

Изобретение относитс к энергетике и гидравлике, в частности к устройствам дл определени капилл рного давлени в порах, зазорах, щел х, образуемых пористыми полотнищами. Такие пористые полотнища используютс в качестве капилл рного насоса в тепловых трубах, примен емых дл высокоинтенсивного отвода тепла, дл терморегулировани и т.д. . В случае, если фитиль тепловой трубы установлен с зазором относительно ее стенки, необходимо знать, какое капилл рное давление развивает этот зазор, чтобы прогно зировать восстановление теплопередающих свойств тепловой трубы посл самозаполнени зазора рабочей жидкостью , осушенного в результате, например, вибрации. Капилл рное давление в зазоре, т.е. перепад давлени , возникающий при переходе через мениск жидкости в зазоре, определ етс многими фак торами: поверхностным нат жением жидкости, геометрией зазора, краевым углом смачивани жидкостью материала поверхности, образующей зазор. Краевой угол смачивани поверхности пористых полотнищ в свою очередь зависит также от направлени линии касани мениска поверхности исследуемого материала относительно структурных элементов материала, образующих его поры.Так в случае тканых сетчатых полотнищ краевой угол меньше, если лини касани мениска перпендикул рна направлению уточных нитей по сравн нию с тем случаем, когда лини кас ни мениска перпендикул рна к направлению нити основы. Это различи в величине краевых углов может быт существенным и достигать 5-15% и более. Известно устройство дл определ ни капилл рного давлени в мениск пробной жидкости, удерживаемой капилл рными силами в порах любой ко фигурации, в том числе и в щелевид ных,при которо обычна теплова т ба устанавливаетс с возможностью вращени вокруг оси, перпендикул р ной к продольной оси корпуса и про ход щей посередине корпуса. Теплов труба запускаетс , т.е. включаетс нагрев одного из концевых участков и приводитс во вращение. Срыв жид кости из пористой структуры опреде л етс Моментом, когда теплова труба перестает переносить тепло. Путем расчета определ ют капилл рное давление в мениске пробной жидкости, удерживаемой в порах пористой структуры за счет капилл рных сил. Рбль пробной жидкости в данном случае выполн ет теплоноситель тепловой трубы flJ. Недостатком описанного устройства вл етс то, что оно сложно в изготовлении , требует привода вращени и имеет ограниченные возможности, так как оно позвол ет измер ть капилл рное давление в кольцевой щели между пористой структурой «-и корпусом тепловой трубы при неопределенном направлении линии касани мениска плоскости пористой структуры относительно направлени структурных элементрв пористой структуры (нитей основы , если структура выполнена из тканей сетки). Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл определени капилл рного давлени в мениске пробной жидкости, содержащее ванну с пробной жидкостью, в которую помещена рабоча камера 2. Недостатком известного устройства вл етс ограниченность его технологических возможностей. Цель изобретени - расширение технологических возможностей устройства. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл определени капилл рного давлени в мениске пробной жидкости, содержащее ванну с пробной жидкостью,в которую помещена рабоча камера, причем в устройстве выполнен зазор дл создани капилл рного давлени , на двух наружных противоположных стенках рабочей камеры выполнены горизонтальные полые выемки, в которые вложены съемные валики, установленные с зазором, а исследуемый материал жестко закреплен на поверхности по меньшей мере одного иэ валиков со стороны зазора. Подобна конструкци позвол ет . закрепить поверхность исследуемого материала под любым углс и между линией касани мениска плоскости пористого полотнища и направлением структурных элементов полотнища. На фиг.1 показана рабоча камера дл определени капилл рного давлени , аксонометри , на фиг.2 устройство в мс«)«ент измерени капилл рного давлени методом выдувани пузырька, сечение/ на фиг.З то же, в момент измерени капилл рного давлени методом выт гивани жидкостного столба, сечение. Устройство имеет ванну 1 с пробной жидкостью 2, под уровнем 3 которой размещена рабоча камера 4, имеюща в верхней части щель 5, образованную поверхностью исследуемого материгша б. Щель выполнена в виде зазора между параллельными, горизонтальными съемными валиками 7 которые вложены один против друтого в сквозные, гювтор ющие их поверхность выемки 8. На стенках рабочей камеры, изготовленной в виде отрезка трубы, а исследуемый материал - в виде пористого полотнища , наложенного на поверхность по меньшей мере одного валика со стороны зазора {т.е. щели между валиками) и защемленного на участке выемки между поверхностью выемки и поверхностью валика, имеетс ст жка 9, например, в виде резинового колечка, которым валики удерживаютс в выемках на стенках рабочей камеры, отводна трубка 10, штуцер 11 дл подачи газа, У-образный манометр 12.The invention relates to power engineering and hydraulics, in particular, devices for determining capillary pressure in pores, gaps, gaps formed by porous panels. Such porous sheets are used as a capillary pump in heat pipes used for high-intensity heat removal, for thermal control, etc. . If the wick of a heat pipe is installed with a gap relative to its wall, it is necessary to know which capillary pressure develops this gap in order to predict the restoration of the heat transfer properties of the heat pipe after the gap is self-filled with working fluid, dried as a result of, for example, vibration. Capillary pressure in the gap, i.e. The differential pressure that occurs when a fluid passes through the meniscus in the gap is determined by many factors: surface tension of the fluid, geometry of the gap, and the contact angle of the surface material forming the gap. The wetting angle of the surface of porous panels, in turn, also depends on the direction of the line of contact of the meniscus surface of the material under study relative to the structural elements of the material forming its pores. So in the case of woven mesh panels, the corner angle is smaller if the line of contact of the meniscus is perpendicular to the direction of the weft threads compared to with the case when the tang line of the meniscus is perpendicular to the direction of the warp thread. This difference in the magnitude of regional angles can be significant and reach 5-15% or more. A device is known for determining capillary pressure at the meniscus of a test liquid held by capillary forces in the pores of any co-transformation, including the slit-like, at which a conventional heat sink is rotatably mounted about an axis perpendicular to the longitudinal axis. housing and passing in the middle of the case. The heat pipe is started, i.e. heating of one of the end portions is turned on and set in rotation. Disruption of a fluid from a porous structure is determined by the Moment when the heat pipe ceases to transfer heat. By calculation, the capillary pressure in the meniscus of the test fluid retained in the pores of the porous structure due to capillary forces is determined. The test fluid in this case is performed by the heat carrier of the heat pipe flJ. The disadvantage of the described device is that it is difficult to manufacture, requires rotational drive and has limited capabilities, since it allows to measure the capillary pressure in the annular gap between the porous structure "-and the heat pipe body with an uncertain direction of the meniscus touch line porous structure relative to the direction of the structural elements of the porous structure (warp threads, if the structure is made of mesh fabrics). Closest to the present invention is a device for determining the capillary pressure in the meniscus of the test liquid, containing a bath with test liquid in which the working chamber 2 is placed. A disadvantage of the known device is its limited technological capabilities. The purpose of the invention is to expand the technological capabilities of the device. The goal is achieved by the fact that in the device for determining capillary pressure in the meniscus of the test liquid, containing a bath with test liquid in which the working chamber is placed, and the device has a gap for creating capillary pressure, the two outer opposite walls of the working chamber are made hollow grooves, in which removable rollers are installed, installed with a gap, and the material under study is rigidly fixed on the surface of at least one of the rollers on the side of the gap. A similar design allows. to fix the surface of the material under investigation at any angle between the line of contact between the meniscus and the plane of the porous web and the direction of the structural elements of the web. Figure 1 shows a working chamber for determining capillary pressure, axonometrics, in Fig. 2 a device in ms ")" measuring capillary pressure by blowing a bubble, cross section / in Fig. 3 is the same at the time of measuring capillary pressure by the method extrusion of the liquid column, section. The device has a bath 1 with a test liquid 2, below which level 3 the working chamber 4 is located, having a slot 5 in the upper part, formed by the surface of the test material b. The gap is made in the form of a gap between parallel, horizontal removable rollers 7 which are nested one against the other in the through-recessing grooves repeating their surface 8. On the walls of the working chamber made in the form of a pipe segment, and the material under study is in the form of a porous sheet superimposed on the surface at least one roller on the side of the gap {i.e. the gaps between the rollers) and the recess between the surface of the recess and the surface of the roller that is clamped in the region are provided with a tie-rod 9, for example, in the form of a rubber ring that keeps the rollers in the recesses on the walls of the working chamber, a discharge pipe 10, a gas supply nipple 11, Y- figurative manometer 12.

Необходимо по снить, что рабоча камера 4 в сечении может быть любой формы - квадратной, круглой, овальной . Щель 5 должна иметь ширину по меньшей мере на пор док мень{ие, чем ее длина, либо сечени рабочей камеры 4 должен быть таким, чтобы исключить образование мениска в сечении трубы, имеющей сечение, идентичное сечению рабочей камеры 4 Иными словами, мениск в центре щели 5 должен иметь радиус кривизны в плоскости, перпендикул рной оси валиков 7, по меньшей мере на пор док меньше, чем радиус кривизны в плоскости , параллельной ос м валиков 7. Это делаетс дл того,чтобы иметь данные по перепаду давлени в щели при наличии мениска одной кривизны (а не двойной},, что упрощает расчеты по перепаду давлени дл менисков других конфигураций. Практически диаметр рабочей камеры 4 может быть 20 мм или более. При такой величине диаметра один из радиусов кривизны мениска в центре щели равен бесконечности.It is necessary to note that the working chamber 4 in cross section can be of any shape - square, round, oval. The slit 5 must be at least an order of magnitude smaller than its length, or the section of the working chamber 4 must be such as to prevent the formation of a meniscus in a section of a pipe having a section identical to that of the working chamber 4 In other words, the meniscus in the center the slit 5 must have a radius of curvature in a plane perpendicular to the axis of the rollers 7, at least an order of magnitude smaller than the radius of curvature in a plane parallel to the axes of the rollers 7. This is done in order to have data on the pressure drop in the slit if there is meniscus of one curvature (and not double} ,, which simplifies pressure drop calculations for meniscus of other configurations. Practically, the diameter of working chamber 4 can be 20 mm or more. With this diameter value, one of the meniscus curvature radii in the center of the gap is infinity.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Есть два варианта работы устройства . В первом варианте (фиг.2) рабоча камера 4 находитс целиком в объеме пробной жидкости 2. Через отводную трубку 10 сквозь штуцер 11 подают газ (воздух), постепенно увеличива его давление до тех пор, пока сквозь щель 5 не вырветс первый пузырек газа. Давление при этом измер ют при помощи У-образного манометра 12. Давление в мениске щели 5 равно давлению в У-образном манометре 5 за вычетом давлени , создаваемого столбом жидкости в ванне 1 над мениском в щели 5. Сн в ст жки 9 и вынув валики 7, снимают материал 6 и ориентируют его на поверхности Всшиков 7 под другим углом между образующей валика и кромкой материала , отличающимс , например, на 45, и затем вкладывают валики в выемки 8, накладывают ст жки 9 и производ т повторное измерение в описанной последовательности. Сравнива результаты, наход т угол между на-. правлением линии касани мениска плоскости пористого материала 6 и направлением нитей полотнища, обраэующих поры, когда капилл рное давление наиболыд ее (или наименьшее), разумеетс , в том случае, если полотнище изготовлено из нитей. По второму варианту устройстваThere are two options for the device. In the first embodiment (FIG. 2), the working chamber 4 is entirely in the volume of the test liquid 2. Gas (air) is supplied through the outlet tube 10 through the nozzle 11, gradually increasing its pressure until the first gas bubble is pulled out through the slit 5. The pressure is measured using a Y-shaped pressure gauge 12. The pressure in the meniscus of the gap 5 is equal to the pressure in the Y-shaped pressure gauge 5 minus the pressure created by the column of liquid in the bath 1 above the meniscus in the gap 5. Sn in the clamp 9 and removing the rollers 7, remove the material 6 and orient it on the surface of the Shred 7 at a different angle between the roller bead and the edge of the material, which is different, for example, by 45, and then put the rollers into the notches 8, apply the straps 9 and re-measure in the described sequence. By comparing the results, find the angle between na. the direction of the line of contact of the meniscus of the plane of the porous material 6 and the direction of the threads of the cloth forming pores when the capillary pressure is the most (or least), if the cloth is made of threads. According to the second version of the device

(фиг.З) рабочую камеру 4 вначале погружгиот в ванну 1 в пробную жидкость 2, а затем поднимают вверх до тех пор, пока не сорветс мениск в щели 5. Давление в мениске равно(fig.Z) the working chamber 4 is first immersed in the bath 1 in the test liquid 2, and then lifted up until the meniscus is in the gap 5. The pressure in the meniscus is

в зтом случае давлению, создаваемому высотой столба жидкости, равной рассто нию от мениска до урор1д 3 в ванне 1.In this case, the pressure created by the height of the liquid column is equal to the distance from the meniscus to level 3 in the bath 1.

Каждый из двух вариантов устройства имеет свои преимущества. Устройство по первому варианту, например , может быть использовано при малой ширине щели 5 (менее 1 мм) и большой ее ширине,когда использу (йтс не У-образныь манометр, а более точное средство измерени давлени . - Устройстьо же по второму варианту более просто по конструкции .Each of the two device options has its advantages. The device according to the first embodiment, for example, can be used with a small width of the slit 5 (less than 1 mm) and its large width when using (it’s not a Y-shaped manometer, but a more accurate means of measuring pressure.) The device according to the second version is more simple by design.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнс нию с известньтм заключаютс в том, что его технологические и метрологические возможности шире. Oho позвол ет производить измерени капилл рногоThe advantages of the proposed device in comparison with limestone are that its technological and metrological capabilities are wider. Oho allows capillary measurements

давлени во всем диапазоне направлений линии касани пористого полотнища мениском 01носительно структурных элементов полотнища, образующих поры. Даже если дл pressure in the entire range of directions of the line of contact of the porous cloth by meniscus 01 relative to the structural elements of the cloth forming the pores. Even if for

каждого измерени изготовл ть новую сетчатую муфту под соответствующим углом структурных элементов сетки к оси муфты, это не дает достоверного сведени о зависимости капилл рного давлени от угла между линией . касани мениска и направлением струк-згурных элементов.For each measurement, a new sieve clutch is fabricated at an appropriate angle of the structural grid elements to the clutch axis; this does not reliably indicate the dependence of capillary pressure on the angle between the line. touching the meniscus and the direction of the structural elements.

5 J5 j

фт. 2ft 2

jj

rSnrSn

2 12 1

(J3vz.3(J3vz.3

Claims

DEVICE FOR DETERMINING CAPILLARY PRESSURE in the meniscus of the test fluid, containing a bath with test fluid in which the working chamber is placed, characterized in that, in order to expand the technological capabilities of the device, horizontal hollow recesses are made on two outer opposite walls of the working chamber, in which include removable rollers installed with a gap, and the test material is rigidly fixed to the surface of at least one of the rollers on the side of the gap.

(Jhit 1

SU, .., 1078284