Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 28959 10.12737/article_5cf669e65b8b77.11704754 Методы и средства обеспечения безопасности Methods and means of safety Методы и средства обеспечения безопасности Capillary Scanning of a Porous Matrix. Experimental Techniques and Processing of its Results Капиллярное сканирование пористой матрицы. Методики эксперимента и обработки его результатов Синцов А. Л. Sintsov A. Л. sintsov@bmstu.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Девисилов Владимир Аркадьевич Devisilov Vladimir Arkad'evich devisil@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана Россия Research Institute for Power Machine Building of Bauman Moscow Technical University Russian Federation Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Bauman Moscow State Technical University Федеральное учебно-методическое объединение в системе высшего образования «Техносферная безопасность и природообустройство» Россия Federal Educational and MethodologicalAssociation in the System of Higher Education «Technospheric Safety and Environmental Management» Russian Federation 7 4 29 42 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/28959/view

В работе приведен анализ возможностей ранее не использованного способа экспериментального исследования пористых проницаемых материалов и определения их структурных характеристик. Целью эксперимента является определение геометрических параметров пористой матрицы, которая интегрирует в себе характеристики пористого материала. Рассмотрен пример аналитического сканирования пористой структуры. Дан обзор существующих экспериментальных методов. Предложены схема экспериментальной установки, методики проведения капиллярного эксперимента и обработки полученных данных. В качестве примера используется математическая модель эксперимента, иллюстрирующая возможные итоги исследования пористого образца. Показано, как результаты опытов трансформируются в пористую матрицу и интерпретируются как ее капиллярное сканирование. Обосновано, что данная модель пористой структуры может быть использована в качестве исходной позиции при математических расчетах процессов, протекающих в пористых структурах.

The article presents an analysis of the possibilities of the previously unused method for the experimental study of porous permeable materials and the determination of their structural characteristics. The purpose of the experiment is to determine the geometric parameters of the porous matrix, which integrates the characteristics of the porous material. An example of analytical scanning of a porous structure is considered. A review of existing experimental methods is given. A scheme of the experimental setup, methods for conducting a capillary experiment and processing the data obtained are proposed. As an example, a mathematical model of the experiment is used, illustrating the possible results of the study of a porous sample. It is shown how the results of experiments are transformed into a porous matrix and are interpreted as its capillary scanning. It is proved that this model of porous structure can be used as a starting position in the mathematical calculations of the processes occurring in porous structures.

 аналитическое сканирование геометрическая модель капиллярное взаимодействие капиллярное сканирование пористая матрица пористый металл разделение жидкости и газа эквивалентный капиллярный канал analytical scanning geometric model capillary interaction capillary scanning porous matrix porous metal liquid and gas separation equivalent capillary channel

Крушенко Г.Г. Получение и применение пористых металлических материалов в технике./ Г.Г. Крушенко.// Вестник СибГАУ имени академика М.Ф. Решетникова. - 2012. - Вып. 3 (43). - С. 124-127. Krushenko G.G. Poluchenie i primenenie poristykh metallicheskikh materialov v tekhnike [Production and use of porous metal materials in engineering]. Vestnik SibGAU imeni akademika M.F. Reshetnikova [Bulletin SibGAU named after academician MF. Reshetnikova]. 2012, I. 3 (43), pp. 124-127. (in Russian). Тумилович М.В. Пористые порошковые материалы для защиты окружающей здоровья человека и охраны окружающей: получение, свойства, применение / М. В. Тумилович [и др.] - Минск: Беларусская Навука, 2010. - 365 с. Tumilovich M.V. Poristye poroshkovye materialy dlya zashchity okruzhayushchey zdorov'ya cheloveka i okhrany okruzhayushchey: poluchenie, svoystva, primenenie [Porous powder materials for the protection of environmental human health and environmental protection: production, properties, application]. Minsk: Belarusskaya Navuka Publ., 2010. 365 p. (in Russian). Девисилов В.А. Mеталлические проволочные сетки для фильтрования жидкостей и газов. Ч. 1. Структурные характеристики и их расчет./ В.А. Девисилов, В.С. Спиридонов // Безопасность в техносфере. - 2009. - № 3. - С. 46-55. Devisilov V.A. Metallicheskie provolochnye setki dlya fil'trovaniya zhidkostey i gazov. Ch. 1. Strukturnye kharakteristiki i ikh raschet [Metal wire mesh for filtering liquids and gases. Part 1. Structural characteristics and their calculations]. Bezopasnost' v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2009, I. 3, pp. 46-55. (in Russian). Порошковая металлургия в Беларуси: вызовы времени = Powder Metallurgy in Belarus: challenges of time: сборник научных статей / Национальная академия наук Беларуси, Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии ; гл. ред. А. Ф. Ильющенко. - Минск : Беларуская навука. - 2017. - 531 [1] с. Poroshkovaya metallurgiya v Belarusi: vyzovy vremeni [Powder metallurgy in Belarus: challenges of time = Powder Metallurgy in Belarus: challenges of time]. Natsional'naya akademiya nauk Belarusi, Gosudarstvennoe nauchno-proizvodstvennoe ob"edinenie poroshkovoy metallurgii [National Academy of Sciences of Belarus, State Scientific and Production Association of Powder Metallurgy]. Minsk: Belaruskaya navuka Publ. 2017. 531 p. (in Russian). Синцов А.Л., Пелевин Ф.В., Аврамов Н.И., Орлин С.А., Синцов А.Л. Эффективность теплообмена в пористых элементах конструкций жидкостных ракетных двигателей / // Инженерный журнал: наука и инновации. - 2013. - Вып. 4. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/698.html Sintsov A.L., Pelevin F.V., Avramov N.I., Orlin S.A., Sintsov A.L. Effektivnost' teploobmena v poristykh elementakh konstruktsiy zhidkostnykh raketnykh dvigateley [Efficiency of heat transfer in porous structural elements of liquid rocket engines]. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii [Engineering magazine: science and innovations]. 2013, I. 4. Available at: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/698.html. (in Russian). Зубков Н.Н. Гидравлические характеристики пористых металлов для систем проникающего охлаждения / Н. Н. Зубков, А. Ф. Петляков, Ю. Л. Шехтер// Теплофизика высоких температур. - 2010. - Т. 48. - №2. - С. 250-256. Zubkov N.N. Gidravlicheskie kharakteristiki poristykh metallov dlya sistem pronikayushchego okhlazhdeniya [Hydraulic characteristics of porous metals for penetrating cooling systems]. Teplofizika vysokikh temperature [Thermal physics of high temperatures]. 2010, V. 48, I. 2, pp. 250-256. (in Russian). Пелевин Ф.В. Гидравлическое сопротивление пористых металлов / Ф. В. Пелевин // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 2016. - № 2. - С. 42-46. Pelevin F.V. Gidravlicheskoe soprotivlenie poristykh metallov [Hydraulic resistance of porous metals]. Izvestiya VUZov. Mashinostroenie [News of universities. Engineering]. 2016, I. 2, pp. 42-46. (in Russian). Синцов А.Л., Багров В.В., Курпатенков А.В., Поляев В.М., Синцов А.Л., Сухоставец В.Ф. Капиллярные системы отбора жидкости из баков космических летательных аппаратов /- М: УПНЦ «Энергомаш», 1997. - 328 с. Sintsov A.L., Bagrov V.V., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M., Sintsov A.L., Sukhostavets V.F. Kapillyarnye sistemy otbora zhidkosti iz bakov kosmicheskikh letatel'nykh apparatov [Capillary systems for the selection of fluid from the tanks of spacecraft]. Moscow: UPNTs «Energomash» Publ., 1997. 328 p. (in Russian). Новиков Ю.М. Стабильность параметров созданных из комбинированных пористых сетчатых материалов длинномерных капиллярных устройств для забора компонентов топлива / Ю. М. Новиков, В.А. Большаков, И.С. Партола// Известия ВУЗов. Машиностроение. - 2015. - № 1. - С. 124-127. Novikov Yu.M. Stabil'nost' parametrov sozdannykh iz kombinirovannykh poristykh setchatykh materialov dlinnomernykh kapillyarnykh ustroystv dlya zabora komponentov topliva [Stability of parameters of lengthy capillary devices created from combined porous mesh materials for sampling fuel components]. Izvestiya VUZov. Mashinostroenie [News of universities. Engineering]. 2015, I. 1, pp. 124-127. (in Russian). Новиков Ю.М. Инженерная школа MГТУ им. Н.Э. Баумана: комбинированные пористые сетчатые материалы. Эффективные, безопасные и экологичные изделия на их основе./ Ю.М. Новиков, В.А. Большаков // Безопасность жизнедеятельности. - 2015. - № 11. - С. 53-56. Novikov Yu.M. Inzhenernaya shkola MGTU im. N.E. Baumana: kombinirovannye poristye setchatye materialy. Effektivnye, bezopasnye i ekologichnye izdeliya na ikh osnove [School of Engineering MSTU. N.E. Bauman: combined porous mesh materials. Effective, safe and environmentally friendly products based on them]. Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti [Life Safety]. 2015, I. 11, pp. 53-56. (in Russian). Третьяков А.Ф. Исследование влияния конструктивных и технологических параметров на удельную прочность пористых сетчатых материалов // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 2017. - № 12. - С. 30-34. Tret'yakov A.F. Issledovanie vliyaniya konstruktivnykh i tekhnologicheskikh parametrov na udel'nuyu prochnost' poristykh setchatykh materialov [Investigation of the influence of structural and technological parameters on the specific strength of porous mesh materials]. Izvestiya VUZov. Mashinostroenie [Izvestiya VUZ. Engineering]. 2017, I. 12, pp. 30-34. (in Russian). Третьяков А.Ф. Исследование механических и технологических свойств листовых пористых сетчатых материалов из стали 12Х18Н10Т./ А.Ф. Третьяков// Инженерный журнал: наука и инновации. - 2016. - Вып. 6. URL: http://engjournal.ru/articles/1498/1498.pdf (дата обращения 15 июня 2017). Tret'yakov A.F. Issledovanie mekhanicheskikh i tekhnologicheskikh svoystv listovykh poristykh setchatykh materialov iz stali 12Kh18N10T [Investigation of mechanical and technological properties of porous sheet mesh materials from steel 12X18H10T]. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii [Engineering Journal: Science and Innovation]. 2016, I. 6. Available at: http://engjournal.ru/articles/1498/1498.pdf (accessed 15 June 2017). (in Russian). Синцов А.Л. Расчет тонкости фильтрации и других характеристик тканых сеток. / А. В. Курпатенков, В. М. Поляев, А. Л. Синцов // Порошковая металлургия. - 1983. - №10. - С. 68-72. Sintsov A.L., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M. Raschet tonkosti fil'tratsii i drugikh kharakteristik tkanykh setok [Calculation of filtration and other characteristics of woven meshes]. Poroshkovaya metallurgiya [Powder Metallurgy]. 1983, I. 10, pp. 68-72. (in Russian). Синцов А.Л., Курпатенков А.В., Поляев В.М.. Коэффициент теплообмена в пакете сеток. Геометрическая модель сетки. Пористость, удельная поверхность // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 1983. - №11. - С. 45-49. Sintsov A.L., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M. Koeffitsient teploobmena v pakete setok. Geometricheskaya model' setki. Poristost', udel'naya poverkhnost' [Heat transfer coefficient in the grid package. Geometric model mesh. Porosity, specific surface area]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie [News of higher educational institutions. Engineering]. 1983, I. 11, pp. 45-49. (in Russian). Синцов А.Л., Курпатенков А.В., Поляев В.М. Диаметр пор пористого металла из тканых сеток // Инженерно-физический журнал. - 1984. - Т. XLVII. - №5. - С. 825-831. Sintsov A.L., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M. Diametr por poristogo metalla iz tkanykh setok [The diameter of the pores of porous metal from woven meshes]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal [Engineering Physics Journal]. 1984, V. XLVII, I. 5, pp. 825-831. (in Russian). Синцов А.Л., Курпатенков А.В., Поляев В.М. Тензорный закон Дарси для тканых сеток плотного типа // Известия академии наук СССР. Механика жидкости и газа. - 1985. - №4. - С. 77-85. Sintsov A.L., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M. Tenzornyy zakon Darsi dlya tkanykh setok plotnogo tipa [The Darcy tensor law for dense woven nets]. Izvestiya akademii nauk SSSR. Mekhanika zhidkosti i gaza [Izvestiya Akademii nauk SSSR. Fluid and gas mechanics]. 1985, I. 4, pp. 77-85. (in Russian). Синцов А.Л., Курпатенков А.В., Поляев В.М. Ткань для фильтра // Авторское свидетельство СССР №1346198.- 1987. Sintsov A.L., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M. Tkan' dlya fil'tra [Filter cloth]. Avtorskoe svidetel'stvo SSSR №1346198 [USSR author's certificate No. 1346198]. 1987. (in Russian). Синцов А.Л., Курпатенков А.В., Поляев В.М. О математических моделях процессов пористого охлаждения // Инженерно-физический журнал. - 1987. - Т. 53. - №2. - С. 243-249. Sintsov A.L., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M. O matematicheskikh modelyakh protsessov poristogo okhlazhdeniya [On mathematical models of porous cooling processes]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal [Engineering Physics Journal]. 1987, V. 53, I. 2, pp. 243-249. (in Russian). Синцов А.Л., Курпатенков А.В., Поляев В.М. Расчет охлаждения пористой металлической стенки, изготовленной спеканием частиц сферической формы // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 1985. - №1. - С. 51-55. Sintsov A.L., Kurpatenkov A.V., Polyaev V.M. Raschet okhlazhdeniya poristoy metallicheskoy stenki, izgotovlennoy spekaniem chastits sfericheskoy formy [Calculation of cooling of a porous metal wall made by sintering spherical particles]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie [News of higher educational institutions. Engineering]. 1985, I. 1, pp. 51-55. (in Russian). Синцов А.Л., Аврамов Н.И., Сапожников В.Б. Исследование капиллярных фазоразделителей для топливных баков жидкостных ракетных двигателей при испарении криогенных компонентов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2015. - № 10. - С. 77-83. Sintsov A.L., Avramov N.I., Sapozhnikov V.B. Issledovanie kapillyarnykh fazorazdeliteley dlya toplivnykh bakov zhidkostnykh raketnykh dvigateley pri isparenii kriogennykh komponentov [Investigation of capillary phase separators for fuel tanks of liquid rocket engines during evaporation of cryogenic components]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie [News of higher educational institutions. Engineering]. 2015, I. 10, pp. 77-83. (in Russian). Девисилов В.А., Синцов А.Л. Способ определения структурных характеристик проницаемых материалов и устройство для его осуществления // Патент РФ №2386900.- 1994. Devisilov V.A., Sintsov A.L. Sposob opredeleniya strukturnykh kharakteristik pronitsaemykh materialov i ustroystvo dlya ego osushchestvleniya [The method of determining the structural characteristics of permeable materials and device for its implementation]. Patent RF №2386900 [Patent RF №2386900]. 1994. (in Russian). Синцов А.Л., Девисилов В.А. Геометрическая модель пористой структуры проницаемого материала // Безопасность в техносфере. - 2018. - Т. 3. - № 2. - C. 42-54. Sintsov A.L., Devisilov V.A. Geometricheskaya model' poristoy struktury pronitsaemogo materiala [Geometric model of the porous structure of permeable material]. Bezopasnost' v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2018, V. 3, I. 2, pp. 42-54. (in Russian). Москалев П.В., Шитов В.В. Математическое моделирование пористых структур. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 120 С. 24. Moskalev P.V., Shitov V.V. Matematicheskoe modelirovanie poristykh struktur [Mathematical modeling of porous structures]. Moscow: FIZMATLIT Publ., 2007. 120 P. 24. (in Russian). Спиридонов В.С. Влияние способа переплетения на гидравлические характеристики проволочных тканых сеток // Безопасность в техносфере. - 2017. - Т. 6. - № 3. - C. 18-23. DOI: 10.12737/5303. Spiridonov V.S. Vliyanie sposoba perepleteniya na gidravlicheskie kharakteristiki provolochnykh tkanykh setok [Influence of the method of weaving on the hydraulic characteristics of wire woven nets]. Bezopasnost' v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2017, V. 6, I. 3, pp. 18-23. DOI: 10.12737/5303. (in Russian). Спиридонов В.С., Новиков Ю.М., Большаков В.А. Фильтровальные перегородки из спеченных металлических сеток для встроенных фильтров авиационных гидросистем // Безопасность в техносфере. - 2015. - № 4. - С. 39-45. Spiridonov V.S., Novikov Yu.M., Bol'shakov V.A. Fil'troval'nye peregorodki iz spechennykh metallicheskikh setok dlya vstroennykh fil'trov aviatsionnykh gidrosistem [Filter partitions of sintered metal grids for built-in filters of aviation hydraulic systems]. Bezopasnost' v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2015, I. 4, pp. 39-45. (in Russian). Armour J. C. Fluid Flow Through Woven Screens / J. C. Armour, J. N. Cannon // AIChE journal. 1968. V 11, №3 , P. 413 -420. Armour J. C. Fluid Flow Through Woven Screens / J. C. Armour, J. N. Cannon // AIChE journal. 1968. V 11, №3 , P. 413 -420. Standard Method of test for Pore Size Characteristics of Membrane for Use with Aerospace Fluids. ASTM standard. F 316-70, 1970, Annual Books of ASTM Standard, part 25, p. 47-56. Standard Method of test for Pore Size Characteristics of Membrane for Use with Aerospace Fluids. ASTM standard. F 316-70, 1970, Annual Books of ASTM Standard, part 25, p. 47-56. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981. - 247 с. Belov S.V. Poristye metally v mashinostroenii [Porous metals in mechanical engineering]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1981. 247 p. (in Russian).