Экспериментальные методы оценки проницаемости заготовок

ООО «Научно-технологический
испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Экспериментальные методы оценки
проницаемости заготовок из сухого
наполнителя, предназначенных для
изготовления конструкций вакуумной
инфузией
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Корректировка
схемы пропитки
Экспериментальная
проверка
Определение
характеристик
исходных
материалов. Выбор
стратегии инфузии
Моделирование
процесса пропитки
2
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Термины и определения.
• Проницаемость:
способность волокнистого
армирующего материала пропускать жидкость
под действием градиента давления.
• Коэффициент плоскостной проницаемости:
характеризует проницаемость армирующего
материала в плоскости укладки слоев.
• Коэффициент сквозной проницаемости:
характеризует проницаемость армирующего
материала перпендикулярно плоскости укладки
слоев.
• Пермеаметр: прибор для определения
коэффициента проницаемости наполнителя.
3
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Сущность методов определения
проницаемости.
Измерение массы и времени истечения
рабочей
жидкости
с
известной
вязкостью
через
волокнистый
наполнитель
под
действием
установленного перепада давления.
4
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Закон Дарси
В общем виде закон Дарси имеет вид:
где
Q(t):
k(x):
 (t):
A(x):
dp(x,t)/dx:
скорость фильтрации жидкости
коэффициент проницаемости материала
динамическая вязкость жидкости
площадь поперечного сечения материала
перепад давления в текучей жидкости
(м³/с)
(м²)
(Па.с)
(м²)
(Па/м)
5
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Закон Дарси
для установившегося режима
фильтрации
где
Р0:
Р1:
∆x:
давление в начальной точке измерения
давление в конечной точке измерения
расстояние между точками измерения давления
(Па)
(Па)
(м)
6
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Допущения
•Явления, протекающие на границах
раздела,
(наполнитель/жидкость
и
наполнитель/форма) не учитываются
•Вязкость протекающей
изменяется во времени.
жидкости
не
•Наполнитель однороден по всей длине
образца
(структура
наполнителя,
объемное содержание)
•Поперечное сечение образца постоянное
7
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Определение объемного
содержания волокна
где
• Vн:
• h:
• ρн:
• mн :
• b:
• lн:
объемное содержание волокна;
высота рабочей полости
плотность испытуемого материала
масса заготовки материала
ширина заготовки материала
длина заготовки материала
(м);
(кг/м³);
(кг);
(м);
(м).
8
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Закон сложения
где:
• ka :
• ki :
• di :
• d:
средняя проницаемость пакета
проницаемость составляющих слоев
толщина составляющих слоев
суммарная толщина пакета
(м²);
(м²);
(м);
(м).
9
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Состав установки для
определения коэффициента
проницаемости
Экспериментальная установка для определения
коэффициента проницаемости состоит из:
источника
давления
с контейнером
системы
пермеаметра
сбора
и обработки
для рабочей жидкости
экспериментальных
данных
10
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Установка для определения
коэффициента проницаемости
источник давления
с контейнером для
рабочей жидкости
пермеаметр
система сбора и обработки
экспериментальных данных
11
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Типы пермеаметров
Пермеаметр
Установки для
определения
плоскостной
проницаемости
Установки с
линейной подачей
рабочей жидкости
Установки для
определения
сквозной
проницаемости
Установки с точечной
(радиальной) подачей
рабочей жидкости
12
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Плоскостной пермеаметр с
центральной точкой подачи
рабочей жидкости
Верхняя плита
Точка впрыска
рабочей жидкости
Рабочая полость
Датчики давления
13
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Плоскостной пермеаметр с
линейной подачей рабочей
жидкости
Верхняя плита
Точка впрыска
рабочей жидкости
Рабочая полость
Датчики давления
14
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Сквозной пермеаметр
Верхняя плита
Точка впрыска
рабочей жидкости
Рабочая полость
Датчики давления
15
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Сквозной пермеаметр
Рабочая полость плоскостного
пермеаметра
Сотовый заполнитель
Перфорированная плита
16
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Экспериментальная оценка
коэффициентов проницаемости
Определение коэффициента плоскостной проницаемости:
Объекты исследования:
Стеклоткань
EF 420 Injectex Hexcel .
Углеткань
Carbon Injectex GF630
Рабочая жидкость: раствор глицерина (η=15 … 45 мПа·с )
Определение коэффициента сквозной проницаемости:
Объекты исследования:
Стеклоткань
EQX 1200 Selcom.
Углеткань
UNIC 600 Selcom.
Рабочая жидкость: раствор глицерина (η=60 …. 80 мПа·с )
17
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Определение плоскостной
проницаемости
Укладка образца стеклонаполнителя в
плоскостной пермеаметр
18
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Определение сквозной
проницаемости
Укладка образца угленаполнителя в сквозной
пермеаметр
19
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Регистрация параметров
эксперимента
Время
Показание датчиков
давления
Масса отфильтрованной
жидкости
График изменения давления и массы отфильтрованной
20
жидкости
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Расчет коэффициента
проницаемости
k(i):
P0 ср:
P1 ср:
∆x:
Q:
:
A:
коэффициент проницаемости для каждого периода измерений
средние давление в начальной точке измерения за период времени ∆ti
средние давление в конечной точке измерения за период времени ∆ti
расстояние между начальной и конечной точками измерения давления
скорость фильтрации жидкости
динамическая вязкость жидкости
площадь поперечного сечения материала
Значение проницаемости испытуемого образца
(м²)
(Па)
(Па)
(м)
(м³/с)
(Па.с)
(м²)
21
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Изменение коэффициента плоскостной
проницаемости стеклоткани EF 420 Injectex
Hexcel в зависимости от объемного содержания
волокна
22
ООО «Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна»
Изменение коэффициента плоскостной
проницаемости углеткани Carbon Injectex GF630
в зависимости от объемного содержания
волокна
23