Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 79
Текст из файла (страница 79)
И наконец, некоторые методы позволяют измерить внешние размеры, а другие — непосредственно определить реакционноспособную поверхность. Выбор типа измерений определяется кругом интересуюших вопросов при конкретном применении и степенью влияния изменения размеров частиц на контролируемый параметр. 11.8. СЧЕТ ЧАСТИЦ ПОД МИКРОСКОПОМ Непосредственный метод измерения размеров частиц — опре.
деление их размеров под микроскопом путем сравнения с ячейками калиброванной координатной сетки, нанесенной на предметное стекло микроскопа. Теоретически предел применимости микроскопических методов не ограничен и с нх помощью можно выполнять любые измерения: распределение по размерам, средний размер, форма, кажущаяся пористость и т. д.
На практике этот метод оказывается сложным и трудоемким и не пригоден для всех случаев, а может служить для качественной визуальной оценки типа исследуемых частиц. Разработана стандартная методика проведения микроскопических измерений 11, 29], в которой описаны способы подготовки, рассеивания, закрепления, наблюдения, подсчета и определения размеров частиц образцов, но обычно этот метод недостаточно строг и его применение требует большого искусства.
11.9. СИТА Чаще всего для измерения размеров частиц используются сита. С их помощью нельзя определить нн средний размер частиц, ни их распределение по размерам в обычном смысле, а только распределение по интервалам размеров. И тем не менее благодаря простоте этого метода он часто используется. Обычно применяется серия сит, известная под названием «стандартные мелкие сита США> (табл. 1!.1). Эта серия сит введена Национальным бюро стандартов США в 1938 г. 1331. Они по су- И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО НССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВ 4!5 Таблица 11.1 Стандартные мелкие сита США Отклоне- вке, Лкакетр проволоки, Нокера Отверстие, 50 ~ 297 60 ! 250 70 ! 210 80 100 120 140 170 200 230 270 325 400 177 149 125 105 88 74 62 53 37 ществу не отличаются от сит Тайлера, хотя могут иметь другое назначение. Сита калибруют одним из трех методов.
Первый метод заключается в измерении отверстий в ситах под микроскопом [2, 13], и его Обычно применяют изготовители. При калибровке по второму, общему, методу используются тщательно отобранные по размерам стеклянные шарики [5], предоставляемые Национальным бюро стандартов США. Этот метод обычно применяют потребители, которым приходится периодически проверягь изношенные сита. Однако, как оказалось, Оба зти метода непригодны для исследования некоторых образцов, содержащих частицы 3) )' 4 5 6 7 8 1О !2 14 16 18 20 25 30 35 40 45 5660 4760 4000 3360 2830 2380 2000 1680 1410 1190 1000 840 710 590 500 420 350 3 3 3 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 б б 7 7 7 7 7 128 — 1 оз 1,14 — 1,68 1,03 в 1,47 0,87 — 1,32 0,80 — 1,20 0,74 — 1,10 0,68 — 1,О!) 0,62. — 0,9.) 0,55 — 9,80 0,50 — 0,70 0,43 — 0,62 0,38 — 0,55 0,33 — 0,48 0,29 — 0,42 0,26 — 0,37 0,23 — 0,33 0,20 — 0,29 0,170 †,253 0,149 †,220 0,130 †,!87 0,114 †,154 0,096 †,125 0,079 в 0,103 0,063 †,087 0,054 †,073 0,045 †,061 0,039 †,052 0,035 †,046 0,031 †,040 0,023 †,035 416 ~~ методы экспегимснтллы ого исследования топлив необычной формы.
Более крупные, чем отверстия, частицы неправильной формы могут пройти через них, а некоторые более мелкие частицы могут застрять в них [28]. Для обеспечения точных измерений необходимо калибровать сита образцами исследуемого вещества, размеры и распределения по размерам которых известны на основании других измерений. Чаще всего сита применяются при сортировке частиц вещества по размерам, когда необходимо получить фракцию с определенным диапазоном размеров частиц для ракетного топлива.
Другие способы разделения связаны с большой затратой времени или малопроизводительны. При изготовлении топлива после оценки влияния расширенного диапазона распределения частиц по размерам можно ограничиться выбором определенного метода измельчения, но на ранней стадии изготовления следует удаля~ь инородные фракции. 1!.10. ЗАКОН СТОКСА При измерении размеров частиц методом осаждения на них обычно действуют два типа сил: гравитационные и центробежные. В гравитационном поле результирующая осаждающая сила, действующая во взвеси на твердую частицу, равна разности силы тяжести, приложенной к частице, и подъемной силы среды (11.2) где р, и рз — плотности частицы и среды соответственно.
В поле центробежных сил результирующая сила равна разности центробежной и подъемной сил С.=- т ~ай, (11.3) Так как т — эффективная, а не абсолютная масса частицы, то уравнение (1!.3) можно написать в следующем виде: С=-(~(р, —;,)мзД. (! 1.4) Из уравнений (!1.2) и (!!.4) следует, что результирующая сила равна произведению эффективной массы частицы, равной объему частицы, умноженному на разность плотностей, и ускорения силы поля. В поле центробежных сил величина ыз)г равна квадрату угловой скорости, умноженному на расстояние частицы от оси вращения; в гравитационном поле величина д — местное ускорение силы тяжести. При движении частицы возникает сила сопротивления ее движению.
Используя законы гидродинамики и некоторые упрощаю- Н. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВ 417 щие предположения, Стоке [42] получил выражение для силы сопротивления Р = Ззаз7ОГ(, (11.5) 'мТ Ке=— (1 1 .6) максимальным значением О,1, при котором уравнение (!1.5) обеспечивает точность в пределах 1а(ю Тогда верхний предел размеров частиц, например алюминиевого порошка, в такой среде, как вода, равен -50 мк. Нижний предел размеров частиц определяется броуновским движением, которое становится важным для частиц диаметром менее 0,5 мк при осаждении в гравитационном поле и 0,01 мк при осаждении в поле центробежных сил при угловой скорости, соответствующей тысячам оборотов в минуту. Кончентрация частиц не должна превышать 1а7а во избежание взаимодействия между частицами и изменения вязкости жидкости.
В гравитационном поле частицы приобретают постоянную конечную скорость, если результирующая осаждающая сила равна силе сопротивления. В этом случае из уравнений (1!.2) и (11.5) следует (l (р, — р,) д = — Ззтт1ОСА, (1 1.7) причем „,.77з )а= — — ' 6 (11.8) 27 Заказ м мд где т! — коэффициент вязкости среды, Π— скорость частицы и Г( — диаметр частицы в предположении, что она имеет сферическую форму. Для несферических частиц берется средний диаметр, определенный по всем возможным направлениям.
Однако если форма частиц играет важную роль, то метод осаждения оказывается неэффективным. Применение формулы Стокса ограничено сделанными при ее выводе предположениями. Помимо сферической формы частиц, предполагаются отсутствие скольжения, медленное движение (ламинарное обтекание), приемлемые размеры частиц и малая их концентрация. Предположение об отсутствии скольжения эквивалентно предположению о неразрывности среды или о бесконечно большом коэффициенте трения скольжения. Оно становится несправедливым, когда размеры частиц приближаются к размерам молекулы среды, а также при осаждении в газовой фазе, где средние длины пути свободного пробега молекул газа относительно велики.
Предположение о ламинарном режиме обтекания частицы ограничивает число Рейнольдса 418 н методы экспеРиментАльнОГО исследОВАния тОплиВ где 20 — размер несферической частицы, осредненный по всем возможным направлениям; а=1 для сферической частицы. Раз- мер Р несферической частицы можно определять из уравнений (11.7) и (11.8) р2= ""М (1 1.9) РА (м м) Этот размер известен как стоксовский диаметр частицы.
Как следует из уравнений (11.4), (11.5) и (11.8), в поле центробежных сил (используемом при размерах частиц, меньших 2 мк, из-за длительного времени их осаждения в гравитационном поле) конечная скорость частиц равна ()2 (М вЂ” 22) 222л' 18~ (11.10) Так как (11.11) то, интегрируя от начального до конечного условий (1 и 2), получим 18Ч Ш )г2()г2 (11.12) .п2 (м — ~,,) ~2 11.11. ВОЗДУШНЫЙ АНАЛИЗАТОР РОЛЛЕРА Метод сепарации воздухом, используемый в воздушном анализаторе Роллера [39, 40], противоположен методу осаждения. Струя воздуха проходит через слой порошкообразного материала.
Предполагается, что из слоя выдуваются все частицы, размер которых равен или меньше стоксовского размера при конечной скорости частиц, равной скорости струи воздуха. Сепарацию можно осуществить в несколько этапов и получить классификацию частиц, или их распределение по размерам. На фиг. 11.5 и 11.6 показан серийный прибор для проведения анализов такого типа.
Основная трудность, возникающая прн использовании этого метода, связана с необходимостью регулирования скорости воздуха. Трудно регулировать и поддерживать ламинарное движение частиц — оно может нарушаться при движении по каналам, приводя к ошибкам принятой средней скорости и, следовательно, полученных размеров частиц. Кроме того, с помощью этого метода нельзя получить непрерывное распределение частиц по размерам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
