Vestnik of Don State Technical University Vestnik of Don State Technical University Вестник Донского государственного технического университета 1992-5980 4114 10.12737/6648 Технические науки Technical sciences Технические науки EXPERIMENTAL STUDY ON TEMPERATURE DEPENDENCE OF CAPILLARY FLOW IN POROUS MEDIA BY ACOUSTIC EMISSION METHOD Экспериментальное изучение температурной зависимости капиллярного движения жидкости в пористых средах с помощью метода акустической эмиссии Кузнецов Дмитрий Михайлович Kuznetsov Dmitriy Михайлович kuznetsovdm@mail.ru Гапонов Владимир Лаврентьевич Gaponov Vladimir Лаврентьевич gaponov@iem.donstu.ru Буйло Сергей Иванович Buylo Sergey Иванович bsi@math.rsu.ru 30 12 2014 30 12 2014 14 4 194 202 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/4114/view

Впервые исследована возможность применения метода акустической эмиссии (АЭ) для изучения процессов, протекающих в микропористой среде при капиллярном заполнении пор жидкостью. В частности, проведено изучение температурного вклада в динамику пропитки пористых материалов. Проведенные экспериментальные исследования показали, что наиболее информативными параметрами АЭ, отражающими динамику капиллярного поднятия жидкости, являются сумма сигналов и сумма осцилляций. Форма кривой зависимости суммы сигналов от суммы выбросов АЭ совпадает с формой кривой динамики изменения высоты подъема жидкости по капиллярам керамического образца, построенной по экспериментальным данным. В начале капиллярного поднятия активность АЭ существенно выше при более высокой температуре. По мере увеличения высоты капиллярного поднятия жидкости интенсивность процесса снижается. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что параметры АЭ отражают динамику и кинетику процесса импрегнирования при каком-либо изменении условий пропитки и могут быть использованы для дистанционного технологического контроля.

For the first time, the acoustic emission (AE) method applicability to study the processes ongoing in the mi-croporous medium under capillary pore filling with liquid is investigated. In particular, the temperature contribu-tion to the dynamics of the porous materials impregnation is studied. The experimental results have shown that the most informative AE parameters reflecting the capillary liquid rise dynamics are the signal sum and the oscil-lation sum. The curve shape of the signal sum dependence on the AE amount follows the curve shape of the dy-namic pattern of changing in the liquid elevation through the capillaries of the ceramic sample constructed from the experimental data. At the beginning of the capillary rise, the AE activity is significantly higher at higher tem-peratures. With increase of the liquid capillary rise, the process intensity decreases. The experimental data indi-cate that the AE parameters reflect the impregnation dynamics and kinetics under any change in the impregna-tion conditions, and they can be used for the remote process control.

 акустическая эмиссия поднятие жидкости по капилляру динамика капиллярного заполнения температура высота столба жидкости acoustic emission capillary liquid rise capillary filling dynamics temperature liquid column height

Введение. Зависимость динамики поднятия жидкости по капилляру от различных параметров теоретически и экспериментально изучалась многими авторами [1–3]. В задачах капиллярной гидродинамики важно правильно оценить скорость заполнения капилляров, в том числе время движения жидкости до остановки и скорость старта жидкости в начале заполнения. Подобные проблемы встречаются в различных отраслях промышленности и, в частности, в химических технологиях. Так, в работе [3] численным методом решалась задача заполнения цилиндрического капилляра проводящей жидкостью, в результате чего было установлено время и стартовая скорость заполнения капилляра. Численно можно решить полученное нелинейное уравнение капиллярного движения жидкости, используя современные вычислительные методы на базе компьютерных технологий. Однако в этом случае сложно анализировать зависимость полученного решения от параметров задачи. Наиболее варьируемым технологическим параметром в различных отраслях химической технологии была и остается температура процесса. Целью настоящей работы являлось изучение температурного вклада в динамику пропитки пористых материалов.

Хейфец, Л. И. Многофазные процессы в пористых средах / Л. И. Хейфец, А. В. Неймарк. - Москва : Химия, 1982. - 320 с. Kheyfets, L. I., Neymark, A. V. Mnogofaznye protsessy v poristykh sredakh. [Multiphase processes in porous media.] Moscow : Khimiya, 1982, 320 p. (in Russian). Определение начальной скорости движения и продолжительности движения жидкости в капил-лярах / В. З. Канчукоев [и др.] // Инженерно-физический журнал. - 2003. - Т.76, № 1. - С. 42 45. Kanchukoyev, V. Z., et al. Opredelenie nachal´noy skorosti dvizheniya i prodolzhitel´nosti dvizheniya zhidkosti v kapillyarakh. [Determination of flow initial velocity and duration in the capillaries.] Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, 2003, vol.76, no. 1, pp. 42-45 (in Russian). Оценка капиллярного натекания / В. И. Волков [и др.] // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2007. - Т. 50, № 5. - С. 69-72. Volkov, V. I., et al. Otsenka kapillyarnogo natekaniya. [Evaluation of capillary leakage.] Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Fizika. 2007, vol. 50, no. 5, pp. 69-72 (in Russian). Фракталы и перколяция в пористой среде / Э. Гийон [и др.] // Успехи физических наук. - 1991. -Т. 161, № 10. - С.121-128. Guyon, E., et al. Fraktaly i perkolyatsiya v poristoy srede. [Fractals and percolation in porous me-dia.] Uspekhi fizicheskikh nauk, 1991, vol. 161, no. 10, pp. 121-128 (in Russian). Янюшкин, В. В. Фрактальный подход при моделировании процессов протекания в капиллярно-пористых средах на примере решения задач обеспечения безопасности жизнедеятельности в чрезвычай-ных ситуациях и охраны природы [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. ─ 2008. ─ № 2. - Режим доступа : http://www.ivdon.ru/uploads/article/doc/articles.56.big_image.doc (дата обращения 01.12.13). Yanyushkin, V. V. Fraktal´nyy podkhod pri modelirovanii protsessov protekaniya v kapillyarno-poristykh sredakh na primere resheniya zadach obespecheniya bezopasnosti zhiznedeyatel´nosti v chrezvy-chaynykh situatsiyakh i okhrany prirody. [Fractal approach to modeling leaking processes in capillary porous media in the context of solving problems of life safety in emergencies and conservation.] Engineering Journal of Don, 2008, no. 2. Available at : http://www.ivdon.ru/uploads/article/doc/articles.56.big_image.doc (accessed: 01.12.13) (in Russian). Кузнецов, Д. М. К вопросу о возможности исследования кинетики химических реакций в жид-кой среде с помощью метода акустической эмиссии / Д. М. Кузнецов, В. Л. Гапонов, А. Н. Смирнов // Ин-женерная физика. - 2008. - №1. - С. 16-21. Kuznetsov, D. M., Gaponov, V. L., Smirnov, A. N. K voprosu o vozmozhnosti issledovaniya kinetiki khimicheskikh reaktsiy v zhidkoy srede s pomoshch´yu metoda akusticheskoy emissii. [To the question on pos-sibility of research kinetics of chemical reactions in the liquid environment by means of the method acoustic issue.] Engineering Physics, 2008, no. 1, pp. 16-21 (in Russian). Kuznetsov, D.M., Smirnov, A.N., Syroeshkin, A.V. Acoustic Emission during Phase Transformations in Water, Ross. Khim. Zh. 2008, no. 1, pp. 114-121. Kuznetsov, D. M., Smirnov, A. N., Syroeshkin, A. V. Acoustic Emission during Phase Transformations in Water, Ross. Khim. Zh. 2008, no. 1, pp. 114-121. Гапонов, В. Л. Исследование физико-химических процессов в жидкости акустико-эмиссионным методом / В. Л. Гапонов Д. М. Кузнецов; Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону , 2011. - 88 с. ил. - Библиогр. 113 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 24.03.11, №139 В2011. Gaponov, V. L., Kuznetsov, D. M. Issledovanie fiziko-khimicheskikh protsessov v zhidkosti akustiko-emissionnym metodom. [Study of physical and chemical processes in the liquid by acoustic emission method.] Don State Technical University, Rostov-on-Don, 2011, 88 p. Dep. in VINITI 24.03.11, no. 139-В2011 (in Rus-sian). Гапонов, В. Л. Теоретические и экспериментальные исследования процесса импрегнирования гибких пористых материалов в жидкофазной среде / В. Л. Гапонов, Д. М. Кузнецов, В. В. Трепачёв; Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, 2012. - 55 с. ил. - Библиогр. 17 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 23.3.2012, № 134-В2012. Gaponov, V. L., Kuznetsov, D. M., Trepachev, V. V. Teoreticheskie i eksperimental´nye issledovaniya protsessa impregnirovaniya gibkikh poristykh materialov v zhidkofaznoy srede. [Theoretical and experimental studies on impregnation of flexible porous materials in liquid-phase medium.] Don State Technical University, Rostov-on-Don, 2012, 55 p. Dep. in VINITI 23.3.2012, no. 134-В2012 (in Russian). Гапонов, В. Л. Акустическая эмиссия как инструмент изучения кинетики химических реакций в жидкой среде / В. Л. Гапонов, Д. М. Кузнецов; Донской государственный технический университет, Ро-стов-на-Дону, 2013. - 74 с. ил. - Библиогр. 53 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 27.09.13, №278-В2013. Gaponov, V. L., Kuznetsov, D. M. Akusticheskaya emissiya kak instrument izucheniya kinetiki khimicheskikh reaktsiy v zhidkoy srede. [Acoustic emission as a tool for studying kinetics of chemical reactions in liquid medium.] Don State Technical University, Rostov-on-Don, 2013, 74 p. Dep. in VINITI 27.09.13, no. 278-В2013 (in Russian).