Rubber-way.ru

Рубер Вэй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теория измерения удельной поверхности порошков и коэффициента газопроницаемости пористых тел на приборе ПСХ

Теория измерения удельной поверхности порошков и коэффициента газопроницаемости пористых тел на приборе ПСХ

Качество металлургических и других порошкообразных и пористых строительных и многих других материалов – минеральных и органических пигментов, гипса, извести, известняка, а также электродов, стеновых панелей, кирпича, строго регламентировано стандартами. По мере повышения требований к качеству производимых материалов становятся все более жесткими и требования к точности и надежности измерений стандартизованных параметров. Важнейшим из них является дисперсность – удельная поверхность и средний размер частиц порошков, средняя площадь сечения единичной поры прессованных и спеченных изделий и геологических образцов. Для определения дисперсности в промышленном контроле общепринят метод фильтрации вязкой субстанции (газа) через пористые тела. Фильтрационный метод включен в стандарты РФ, США (ASTM) и европейских стран (DIN, ISO) на технологические параметры цемента, железорудных, фармацевтических и многих других порошков. Теоретические основы метода, разработанные Дарси, Козени и Карманом [1-4] прошли испытания временем и остаются неизменными. Однако основанные на этом методе приборы Блейна, Фишера, Товарова, ПСХ (измеряемые всеми ими значения удельной поверхности идентичны), созданные в середине прошлого века в соответствии с уровнем аналитической техники того времени, весьма устарели и не соответствуют современным технологическим требованиям по дизайну, точности, трудоемкости, продолжительности и удобству измерений. Достижения современной электроники открыли возможность создания прибора нового поколения, необходимость в котором оправдана возросшими запросами промышленности.

Удельная поверхность и средний размер частиц порошков

В теории фильтрации измерение удельной поверхности порошков эквивалентно измерению среднего гидравлического радиуса капилляров порового пространства, образуемого слоем уплотненного порошка. Соотношение объёма пор и площади их поверхности принято равным отношению объема трубы и площади ее внутренней цилиндрической поверхности. Объем трубы диаметром dт и длиною L равен Vт = 4 -1 ×p×dг 2 ×L, а площадь ее внутренней поверхности sт = p×dт×L, гидравлический диаметр трубы dг = 4Vт×sт -1 . Аналогично этому гидравлический диаметр пор (d г) пористого тела, объем пор которого составляет (Vп), а площадь их поверхности (sп) равен:

Если V – объем пористого тела, e – значение пористости (доля объема пор в объеме пористого тела), то объем пор Vп = V×e, объем твердого вещества в пористом теле V(1-e). Объем пористого слоя , например, в виде цилиндра равен произведению площади его сечения F [см 2 ] на высоту L [см] V = F×L [см 3 ]. Пористость по определению равна:

где m [г] – масса порошка в кювете, r [г/см 3 ] – плотность его частиц, m×r -1 [см 3 ] – объем частиц в кювете.

Удельная поверхность единицы объема твердого тела порошка Sv [см 2 /см 3 ] и S [см 2 /г] – удельная поверхность единицы массы связаны между собой и с площадью суммарной поверхности пор соотношениями:

В тех же обозначениях средний гидравлический диаметр капилляров равен:

Извилистость пор в уплотненном цилиндрическом слое порошка учитывают введением коэффициента извилистости Кк (постоянная Козени), который на основании экспериментальных данных принят равным 5 относительно высоты цилиндра L. Средняя длина капилляров цилиндрического пористого слоя, через торец которого производится фильтрация газа равна X = Кк×L.

Среднее число капилляров, выходящих на торец цилиндрического слоя:

Далее рассматривают скорость течение вязкого газа Q [см 3 /с] (динамическая вязкость m – в пуазах) через длинную (по сравнению с диаметром) трубку (капилляр) под действием перепада давления – DP [Г/см 2 ]. Применительно к пористому слою вычисления приводят к общепринятой формуле для удельной поверхности порошка S [см 2 /г]:

S = 14 r -1 ×m -0,5 [e 3 (1- e ) -2 ] 0,5 [Q -1 ×DP×F×L -1 ] 0,5 = 14 r -1 ×m -0,5 ×М×(Q -1 ×DP) 0,5 (4)

В уравнении (4) величина М = [e 3 (1- e ) -2 ×F×L -1 ] 0,5 зависит только от геометрических параметров слоя порошка и его пористости. Если масса порошка во всех измерениях выбрана так, что объем частиц порошка в кювете, равный m×r -1 = const во всех измерениях, величина М зависит только от степени уплотнения порошка – высоты его слоя в цилиндрической кювете, площадь сечения которой одинакова во всех опытах. Действительно:

Согласно формулы (4) для измерения удельной поверхности порошка с измеренной массой (m) в кювете площадью поперечного сечения (F) необходимо сформировать слой и измерить: его высоту – L, расход воздуха – Q, перепад давления – DR, обеспечивающий этот расход, и температуру воздуха, по которой определяют его вязкость (m).

Читайте так же:
Что такое присадка цемента

Средний размер частиц (плотность которых – r) связан с удельной поверхностью единицы объема (Sv) и единицы массы (S) порошка соотношением:

Формула (4) предусматривает стационарный режим фильтрации воздуха. В этом режиме значения Q и DR (перепад давления и скорость течения воздуха) необходимо поддерживать установившимися и неизменными в период их измерений. Однако, как показала обширная производственная практика, надежное соблюдение этого условия весьма затруднительно. Приборы нестационарного режима, в которых измеряют фильтрацию воздуха через слой уплотненного порошка в замкнутый объем W, значительно практичнее и надежней. В этом режиме измерению подлежит только один параметр – длительность t изменения разрежения воздуха от значения р1 до р2. Действительно: согласно расчетам [2] гидравлическое сопротивление слоя порошка (Â – величина, обратная проницаемости) при атмосферном давлении воздуха в момент измерения Po равна:

Если атмосферное давление Po , объем W и величины разрежения р1 и р2 остаются неизменными для всех измерений, то согласно (7):

Величина М=(L×m×r -1 ) -1 ×[( F×L — m×r -1 ) 3 ] 0,5 по выражению (5) с режимом фильтрации не связана. Калибровка прибора сводится к экспериментальному определению одной величины b при его наладке. На основании (4 -8 ) удельная поверхность равна:

S = 14 r -1 ×m -0,5 [ e 3 (1- e ) -2 ] 0,5 [ b×t×F×L -1 ] 0,5 = 14 r -1 ×m -0,5 ×М×(b×t) 0,5 (9)

Величина 14b 0,5 = К – постоянная прибора, которую определяют либо по уравнению (8), либо в калибровочных опытах с прибором, работающим в стационарном режиме по соотношению (7).

В этом наиболее практичном варианте калибровки (DR×Q -1 )к и tк ; b = (DR×Q -1 )к /tк.= const для данного прибора. В результате определение удельной поверхности с измерением только времени (t) и вязкости воздуха по его температуре производится по простой формуле:

Фильтрационному методу определения удельной поверхности, как следует из обширного опыта его использования для разных порошков, свойственны некоторые особенности, обусловленные упрощающими основаниями, принятыми при выводе основной его формулы (4). В частности, не учтены агрегируемость дисперсных порошков, неопределенность формы и внутренней пористости их частиц. Эти факторы выражаются в зависимости величины удельной поверхности от степени уплотнения слоя порошка. Поэтому с целью получения всегда сопоставимых данных измерения удельной поверхности разных порошков желательно производить в одинаковых условиях. Одним из таких определяющих условий является одинаковость во всех измерениях физического объема порошка в кювете. Это условие выполняется, если масса порошка выбрана всегда равной одинаковой доле его плотности. Как показывает опыт многолетней работы с разными порошками, такой прием при прочих одинаковых условиях обеспечивает также наименьшую погрешность измерений и максимальное удобство в их подготовке.

Не следует пользоваться методом фильтрации для порошков с резко выраженной зависимостью удельной поверхности по формулам (4 -10) от степени уплотнения. Для таких порошков разработана специальная методика измерений и расчетов [4].

Коэффициент газопроницаемости пористых тел

Коэффициент газопроницаемости по ГОСТ 11573-65(85), ISO 8841-91E выражают в квадратных микрометрах (принятое название – дарси). Измерения, выполненные в конкретных условиях, приводят к базовым значениям температуры – 0 0 С и атмосферного давления Ро = 1,013×10 5 Па = 760 мм Hg :

В формуле (12): h [см] и s [см 2 ] – высота и площадь сечения исследуемого образца (керна); Q [см 3 /с] – расход воздуха, проходящего через образец; DР [Па] – перепад давления; Ро [Па]- давление воздуха при выходе (атмосферное давление); m [Па×с], T [ 0 С] и av [ 0 С -1 ] – динамическая вязкость, температура и объемно-температурный коэффициент окружающего воздуха. Величина 9,87×10 2 [Па -1 ] получена из условий пересчета проницаемости к стандартному атмосферному давлению (Ро) и размерности – [мкм 2 ] вместо – [см 2 ]: 1 см 2 = 10 8 мкм 2 , Ро = 1,013×10 5 Па.

Следовательно: 10 8 мкм 2 /1,013×10 5 Па = 9,87×10 2 Па -1 .

Стандартизованной методикой определения коэффициента газопроницаемости предусмотрено оборудование, которое включает баллон высокого давления со сжатым газом, манометры и реометры высокого давления, а также необходимые системы защиты. Такое громоздкое оборудование соответствовало уровню измерительной техники времени создания метода. Современная электроника дает более изящные решения, обеспечивающие необходимую точность и надежность результатов измерений. Как показывают исследования конкретных пористых кернов, в подавляющем числе случаев измерения коэффициента газопроницаемости могут быть выполнены с минимальной погрешностью на приборах типа ПСХ(SP). По сравнению с ПСХ они дополнены оснасткой (кюветой) для размещения кернов и специальной программой; в них сохранена функция измерения удельной поверхности и среднего размера частиц порошков.

Читайте так же:
Ремонт кирпича цементным раствором

В ПСХ(SP) средняя величина перепада давления DР составляет менее 0,3% атмосферного давления (Ро) и ею можно пренебречь по сравнению с Ро в расчетах коэффициента газопроницаемости. Кроме того, в приборах с автоматической коррекцией вязкости воздуха (автоматическое приведение ее к 20 0 С) и при измерениях в лабораторных условиях при температуре окружающего воздуха, близкой к 20 0 С с достаточной степенью точности можно принять величину

(1+av Т) = 1 +3,67×20×10 -3 = 1,0734 всегда одинаковой. При комнатной температуре динамическая вязкость воздуха m = 1,8·10 -5 Па×с. С учетом этого коэффициент газопроницаемости равен:

y г = 9,87×10 2 =1676 h Q(s Dp) -1 (13)

В приборах, работающих в нестационарном режиме, газопроницаемость керна Q/DР = c/t, где c – постоянная прибора по газопроницаемости, t – интервал времени, в течение которого в замкнутом объеме под керном в результате фильтрации через него воздуха происходит изменение давления в интервале установленных значений от р1 до р2 . В таком приборе :

Значение констант c и Кп определяют в параллельных измерениях газопроницаемости одного и того же образца по прибору, работающему в режиме стационарной фильтрации (значения Q и DР), и в приборе ПСХ (значение t), или по эталонному образцу с известным значением коэффициента газопроницаемости.

Коэффициент газопроницаемости керна размером 50х50 мм в единицах миллидарси по формуле (11 и 12) с учетом его геометрических размеров равен:

Расчет коэффициента газопроницаемости керна с другими значениями диаметра и высоты производится по той же формуле (14), но с другим значением константы для заданных h и s согласно формуле (14).

Для измерений и расчета коэффициента газопроницаемости можно также воспользоваться калиброванным эталоном – пневмосопротивлением, которое предназначено для калибровки прибора и отградуировано при атмосферном давлении, близком нормальному (760 мм Hg). С изменением атмосферного давления газопроницаемость патрона изменяется пропорционально газопроницаемости испытуемых образцов. Это делает возможным избежать измерений (когда это необходимо для повышения точности определений) атмосферного давления по барометру, заменив их сравнительным измерением газопроницаемости образца и калиброванного эталона в одинаковых условиях.

Коэффициент газопроницаемости эталона:

Согласно формуле (12) yпо = yп и, следовательно Р = Ро×tп ×tпо -1 . Подстановкой значения Р = Ро×tп×tпо -1 в формулу (13) получена формула для определения газопроницаемости керна, которая исключает необходимость измерения атмосферного давления:

1. Сarman P. C. Flow of Gases throw Porous Media, London, 1956.
2. Ходаков Г.С. Основные методы дисперсионного анализа порошков. М.: Стройиздат, 1968. 198с.
3. Ходаков Г.С. Закономерности фильтрации газа через пористые тела. Докл. АН СССР. 1963. Т.148.с. 581 -584.
4. Ходаков Г.С. Метод измерения удельной поверхности высокодисперных порошков по фильтрации газа. Колл. ж. 1995. Т.57. №2. С.280 -282.

Помол клинкера

Помол клинкера — важный технологический процесс, один из наиболее энергоемких в цементном производстве. Многие свойства цемента (активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость и др.) зависят не только от химического и фазового состава клинкера, но и от тонкости помола.
Клинкер и добавки измельчают в трубных мельницах открытого и замкнутого цикла. Конструкции, принцип действия, технические характеристики помольных мельниц, а также основные схемы помола аналогичны рассмотренным в гл. 4.
При измельчении клинкера необходимо учитывать его высокую твердость. Кроме того, для получения качественного цемента нужно, чтобы зерна клинкера имели заданный состав. При помоле в разных фракциях клинкера содержание минералов неодинаково. В мелкой фракции (0—20 мкм) обычно больше C3S и СзА, а более крупные фракции обогащаются C2S и C4AF. Наибольшее влияние на прочность цемента оказывает фракция от 5 до 30 мкм. Ее количество в высокопрочных и быстротвердеющих цементах должно быть в пределах 45—70 %. Фракция менее 5 мкм оказывает решающее влияние лишь на прочность цемента в первые сутки твердения. Повышение ее количества до 20—25 % ведет к переводу цемента в разряд быстротвердеющих. Фракция 5—10 мкм влияет на прочность цемента в трех- и семисуточном возрасте, а фракция 10—30 мкм в возрасте 1 мес и более. Фракции цемента более 60 мкм практически являются балластом.

Читайте так же:
Цемент разбавить клеем пва

Химический и минералогический состав клинкера определяют его размалываемость (способность к измельчению). Этот показатель оценивается условно, применительно к способу измельчения и агрегату, в котором производится измельчение. Кроме того, размалываемость зависит от режима и способа обжига (в шахтных или вращающихся печах). Размалываемость характеризуется коэффициентом размолоспособности, равным 1 для клинкеров вращающихся печей средней размолоспособности; 0,8—0,9 — с повышенной и 1,1—с пониженной размолоспособностью. Чем выше коэффициент размолоспособности, тем быстрее измельчается клинкер и тем больше производительность мельницы. С повышением пористости клинкера сопротивление его размолу снижается. Так, клинкер шахтных печей более пористый, так как из гранул выгорает уголь, поэтому коэффициент его размолоспособности принимают равным 1,15—1,25. Отмечено, что при росте силикатного модуля размалывае- мость уменьшается. Высокое содержание C2S также ухудшает размалываемость клинкера, в связи с налипанием частиц на мелющие тела и с агрегацией.

Образование клинкерных минералов частично происходит в жидкой фазе. При очень быстром охлаждении клинкера размалываемость его понижается в результате содержания в нем жидкой фазы (клинкерного стекла). Доля жидкой фазы определяет размалываемость клинкера. Чем больше жидкой фазы, тем труднее размолоть клинкер. Высокая влажность материалов, питающих мельницу, также отрицательно сказывается на процессе помола и увеличении расхода энергии.
Тонкость помола цемента характеризуется по остатку на сите № 008 и составляет 8—12 % для большинства цементов (по ГОСТ 310.2—76 этот остаток не должен превышать 15 %). Более точна характеристика тонкости помола по удельной поверхности, определяемая методом фильтрации воздуха через слой спрессованного порошка на стандартном приборе — поверхностемере ПСХ-4. Удельная поверхность цементов около 2500— 3000 см2/г при остатке на сите № 008 5—8 %• Быстро- твердеющие цементы имеют высокую удельную поверхность (3500—4500 см2/г). С увеличением удельной поверхности цемента прочность и скорость твердения возрастают сначала достаточно интенсивно, а затем медленнее. Однако, когда удельная поверхность достигает 7000 см2/г, наблюдается некоторое снижение прочности, что объясняется более высокой водопотребностью тонко- измельченного цемента. Высокая .удельная поверхность отрицательно влияет также на морозостойкость цементов.
Расход электроэнергии на получение 1 т цемента 35—40 кВт/ч. С повышением тонкости помола затраты электроэнергии возрастают в большей мере, чем степень измельчения. Так, увеличение тонкости помола на каждый 1 % уменьшения остатка на сите № 008 повышает расход электроэнергии на 4—6 % и снижает производительность мельницы на 3—5 %.
Интенсификация процесса помола клинкера достигается рациональным подбором ассортимента мелющих тел, применением футеровки самосортирующих броневых плит, аспирацией мельницы и впрыскивания в последнюю камеру воды, введением поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Эффективность действия мелющих тел зависит от степени заполнения ими объема отдельных камер мельницы: для камеры грубого помола в пределах 26—32; среднего — 26—30 и тонкого — 24—30. Применение самосортирующих броневых плит повышает производительность мельниц на 5—7 %.
Производительность мельниц увеличивается и при аспирации рабочего пространства мельниц. Просасыва- нием воздуха через мельницу из нее удаляется часть тонких частиц и тем самым уменьшается налипание их на мелющие тела; снижается температура среды в мельнице, что также благоприятно отражается на процессе измельчения. Оптимальная скорость аспирации воздуха в полости барабана мельницы 0,5—0,7 м/с.
На последних стадиях измельчения клинкера температура в мельнице поднимается до 150—160 °С, при этом производительность резко падает. Для снижения температуры и улучшения условий помола в последнюю камеру мельницы впрыскивают распыленную воздушно-водяную смесь, что повышает производительность ее на 15— 20%. Количество воды не должно превышать 1,5% массы цемента.

При достижении цементом .удельной поверхности 3500—4000 см2/г наблюдается агрегатирование частиц, ухудшается перемешивание цемента при затворении и повышается водопотребность. Агрегатирование резко снижается при применении ПАВ. Некоторые ПАВ одновременно с интенсификацией помола положительно влияют на строительно-технические свойства цемента — повышают морозостойкость, являются пластификаторами, гидрофобизаторами и т. п. В качестве ПАВ в основном используют катион-активные соединения: сульфитно- дрожжевую барду (СДБ), триэтаноламин (ТЭА), смесь СДБ и ТЭА в соотношении 1:1, мылонафт и др. При введении ТЭА в количестве 0,015—0,03 % по массе производительность мельниц повышается на 20—35 %, удельный расход электроэнергии уменьшается на 10— 35%.

Читайте так же:
Цементные растворы для цоколя

УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЗАПОЛНИТЕЛЯ

Зерна заполнителя в бетонной смеси обволакиваются цементным тестом. Естественно, что расход последнего связан с суммарной площадью поверхности заполнителя.

• Удельной поверхностью (точнее удельной площадью поверхности) называют суммарную площадь поверхности заполнителя, отнесенную к его массе (см2/г):

где US, — сумма площадей поверхности зерен пробы заполнителя, см2; 2т,- — суммарная масса зерен, т. е. масса пробы заполнителя, для которой определялась суммарная поверхность, г.

Обычно удельная поверхность выражается в см2/г или м2/кг. В некоторых случаях удобнее выражать ее в см2/см3 или м2/м3, т. е. как отношение поверхности зерен к их объему или отношение суммарной поверхности зерен к объему, занимаемому заполнителем в засыпке.

Удельная поверхность зависит от формы зерен и их крупности. Зависимость от формы зерен можно проследить на примере сопоставления зерен в форме шара и куба.

Рассмотрим шар и куб одинаковой массы или, что то же самое, одинакового объема. Из равенства объемов rcd3/6=a3 (d— диаметр шара; а — ребро куба) вытекает: a=0,806d.

Площадь поверхности куба Л;=6 а2=6(0,806 d)2=3,9d2, а поверхность шара равна 3,14 d2, т. е. площадь поверхности зерен в форме куба больше на 24 % [коэффициент формы кф по формуле (2.8) равен 1,24]. Чем более угловаты зерна заполнителя, тем больше их удельная поверхность.

Интересно сравнить суммарную площадь поверхности различных заполнителей в насыпном состоянии. В табл. 2.3 приведены результаты расчета суммарной площади поверхности совокупности одинаковых шаров или кубов в одинаковом объеме засыпки. Показатели даны в относительных единицах, причем за 100 °/о принята суммарная площадь поверхности шаров при наиболее плотной укладке. Хотя в среднем суммарная площадь поверхности угловатых зерен по отношению к объему засыпки несколько больше, необходимо обратить внимание на возможность обратной картины при реальных случаях неплотной, рыхлой укладки зерен в засыпке; суммарная площадь поверхности округлых зерен может оказаться большей, чем угловатых.

Размер зерна оказывается в знаменателе дроби: чем он меньше, тем удельная поверхность больше, причем зависимость здесь линейная. Например, для заполнителя при размере зерен 2 мм она в 5 раз больше, чем при размере зерен 10 мм, в 10 раз больше, чем при размере зерен 20 мм, и т. д. Естественно, что определение удельной поверхности представляет наибольший интерес для мелкого заполнителя.

В действующих стандартах нормы удельной поверхности заполнителя не регламентируются. Однако в ГОСТ 8735—75 приведен факультативный метод определения ее для песка в пневматическом поверхностемере косвенно по его воздухопроницаемости, для щебня (ГОСТ 8269—76) по скорости фильтрации воды в гидравлическом поверхностемере.

Удельная поверхность заполнителя может быть также определена прямым определением по адсорбции какого-либо вещества или по способности заполнителя удерживать на своей поверхности пленку парафина или иной жидкости стабильной толщины. Однако подобные методы пока недостаточно разработаны, поэтому часто вместо определения удельной поверхности заполнителя экспериментальным путем производят ее вычисление по результатам анализа зернового состава и формы зерен.

Удельная поверхность воздухопроницаемости — Air permeability specific surface

Удельная воздухопроницаемость поверхность порошкового материала представляет собой измерение с одним параметром тонкости помола порошка. Поверхность удельная происходят от сопротивления потока воздуха (или какого — либо другого газа) через пористый слой порошка. В системе СИ используются следующие единицы: м 2 · кг -1 («удельная удельная поверхность») или м 2 · м -3 («удельная поверхность объема»).

Содержание

Значимость

Размер частиц или крупность порошковых материалов очень часто имеет решающее значение для их рабочих характеристик.

Измерение воздухопроницаемости может быть выполнено очень быстро и не требует воздействия на порошок вакуума, газов или паров, как это необходимо для метода БЭТ для определения удельной поверхности . Это делает его очень рентабельным, а также позволяет использовать его для материалов, которые могут быть нестабильными в вакууме.

Когда порошок химически реагирует с жидкостью или газом на поверхности своих частиц, удельная поверхность напрямую связана со скоростью его реакции. Поэтому измерение важно при производстве многих обрабатываемых материалов.

Читайте так же:
Чем обработать цементную стяжку пола

В частности, воздухопроницаемость почти повсеместно используется в цементной промышленности как мера тонкости продукта, которая напрямую связана с такими свойствами, как скорость схватывания и скорость набора прочности.

Другие области, в которых воздухопроницаемость использовалась для определения удельной поверхности, включают:

  • Краски и пигменты
  • Фармацевтические препараты
  • Металлургические порошки, в том числе металлокерамические фильтры.

В некоторых областях, особенно в порошковой металлургии, интересующим параметром является соответствующее число Фишера . Это эквивалентный средний диаметр частиц, если предположить, что частицы имеют сферическую форму и одинаковый размер. Исторически число Фишера было получено путем измерения с помощью Fisher Sub-sieve Sizer , коммерческого прибора, содержащего воздушный насос и регулятор давления для установления постоянного потока воздуха, который измеряется с помощью расходомера. Ряд производителей выпускают эквивалентные инструменты, и число Фишера можно рассчитать на основе значений удельной площади поверхности для воздухопроницаемости.

Методы

Измерение заключается в упаковке порошка в цилиндрический «слой» с известной пористостью (т.е. объем воздушного пространства между частицами, деленный на общий объем слоя). Падение давления создается по длине цилиндра со станиной. Результирующий расход воздуха через слой дает удельную поверхность по уравнению Козени-Кармана :

S — удельная поверхность, м 2 · кг −1 d — диаметр цилиндра, м ρ — плотность частиц образца, кг · м −3 ε — объемная пористость слоя (безразмерная) δP — перепад давления в слое, Па l — длина цилиндра, м η — динамическая вязкость воздуха, Па · с Q — расход, м 3 · с −1

Видно, что удельная поверхность пропорциональна квадратному корню из отношения давления к расходу. Были предложены различные стандартные методы:

  • Поддерживайте постоянный расход и измеряйте падение давления
  • Поддерживайте постоянный перепад давления и измеряйте расход
  • Позвольте обоим варьироваться, получая соотношение из характеристик устройства.

Леа и медсестра метод

Второй из них был разработан Леа и Медсестрой. Станина имеет диаметр 25 мм и толщину 10 мм. Желаемая пористость (которая может варьироваться в диапазоне от 0,4 до 0,6) достигается путем использования расчетной массы образца, спрессованной с точными размерами. Требуемый вес определяется по формуле:

Расходомер, состоящий из длинного капилляра, последовательно соединен с порошковой подушкой. Падение давления на расходомере (измеренное манометром ) пропорционально расходу, а константу пропорциональности можно измерить путем прямой калибровки. Падение давления в слое измеряется аналогичным манометром. Таким образом, требуемое соотношение давление / расход может быть получено из соотношения двух показаний манометра, и, будучи введенным в уравнение Кармана, дает «абсолютное» значение площади поверхности воздухопроницаемости. В аппарате поддерживается постоянная температура, и используется сухой воздух, так что вязкость воздуха может быть получена из таблиц.

Метод Ригдена

Это было разработано в стремлении к более простому методу. Слой соединен с U-образной трубкой большого диаметра, содержащей жидкость, например керосин . При повышении давления в пространстве между U-образной трубкой и слоем жидкость вытесняется вниз. В этом случае уровень жидкости служит мерой давления и объемного расхода. Уровень жидкости поднимается, поскольку воздух просачивается через слой. Время, необходимое для прохождения уровня жидкости между двумя заранее установленными отметками на трубке, измеряется секундомером. Среднее давление и средний расход могут быть получены из размеров трубы и плотности жидкости.

В более поздних разработках ртуть использовалась в U-образной трубке: из-за большей плотности ртути устройство могло быть более компактным, а электрические контакты в трубке, соприкасающиеся с проводящей ртутью, могли автоматически запускать и останавливать таймер.

Метод Блейна

Он был независимо разработан Р.Л. Блейном из Американского национального бюро стандартов и использует небольшой стеклянный керосиновый манометр для всасывания порошкового слоя. Он отличается от вышеупомянутых методов тем, что из-за неопределенности размеров трубки манометра абсолютные результаты не могут быть рассчитаны по уравнению Кармана. Вместо этого устройство необходимо откалибровать с использованием известного стандартного материала. Оригинальные стандарты, предоставленные NBS, были сертифицированы с использованием метода Lea and Nurse. Несмотря на этот недостаток, метод Блейна в настоящее время является наиболее часто используемым для цементных материалов, в основном из-за простоты обслуживания устройства и простоты процедуры.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector