СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. Исследования фильтрационных потоков в экологически безопасных н ресурсосберегающих технологиях
1.1. Иммерсионные жидкости, область их применения и
предъявляемые к ним требования.......................7
1.2. Экспериментальные и теоретические исследования процессов фильтрации..............................13
1.3. Разрушающиеся активные фильтры......................25
1.4. І Іостановка задачи.................................27
2. Получение и исследование экологически безопасных
и м мерси ОН 11 ы х жидкостей
2.1. Получение высокопреломляющих жидкостей на основе
водных растворов йодидов металлов»...................28
• • •%
2.2. Физико-химический анализ высокопреломляющих иммерсионных жидкостей...................................32
3. Исследование фильтрации в разрушающихся упаковках
3.1. Экспериментальная установка и методика измерений....53
3.2. Измерение распределения давления и профиля скорости в разрушающихся активных фильтрах..........................61
4. Исследование проницаемости простейшей модели пористого
фильтра из системы цилиндрических капилляров
4.1. Экспериментальная установка и методика измерения....80
4.2. Результаты измерений и анализа......................82
4.3. Модель процесса переноса в стационарном фильтре.....88
Заключение 104
Литература 108
2
({ведение
С развитием оптических методов в гидродинамических исследованиях процессов фильтрации возникла необходимость в получении большою количества относительно безопасных высокопрсломляющих жидкостей. Другими словами, необходимо иметь жидкость с показателем преломления, равным показателю преломления стеклянного пористого фильтра. Этот метод позволяет решить главную проблему гидродинамического исследования фильтрационных течений максимально уменьшить внесение возмущений, возникающих в результате наличия измерительного датчика в потоке. Подобные жидкости (в малом объеме) необходимы так же в иммерсионном анализе при изучении мелких минеральных зерен, продуктов химических реакций, взрывчатых и ядовитых веществ для получения различных кристаллооптических характеристик вещества и определения его показателя преломления. Потребность в больших количествах безвредных высокопрелом.тяющих жидкостях возникает и в технологии стекольного производства при обнаружении дефектов внутри стеклянных заготовок.
Вопросы получения и исследования новых иммерсионных жидкостей близко примыкают к проблемам фильтрации и истечения жидкости или газа через капилляры и пористые среды, которые являются важными ввиду многочисленного применения в науке и технике. Немаловажная эколошческая проблема заключается во вредном воздействии на окружающую среду побочных продуктов химико-технологических процессов. Одним из методов уменьшения этого воздействия может служить фильтрование и очистка от вредных примесей. К подобною рода проблемам относится создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения с очисткой сточных вод. Одной из практических ценностей
3
ления п0 > 1.6 не удовлетворяют большинству перечисленных требований и чаще всего представляют большую экологическую опасность (здесь и далее п» - показатель преломления для желтой линии натрия).
Так жидкости на основе легких погонов нефти и фракции керосина (по от 1.408 до 1.460), а-монохлорнафталина СюН?С1 (пп = 1.633), йодистого метилена СНгЬ, (пр = 1.74) и насыщенного раствора серы В ЙОДИСТОМ метилене (П[) = 1.78), входящий в состав иммерсионного набора ИЖ-1, пожароопасны, плохо смываются водой и обладают неприятным дурманящим запахом, который продолжительное время сохраняется в рабочем помещении. При этом жидкости. содержащие в составе йодистый метилен весьма неустойчивы вследствие его высокой летучести (содержание йодистого метилена в смесях с течением времени быстро уменьшается, что ведет к значительному понижению показателя преломления жидкости). Жидкость Веста (фосфорная жидкость - п0 = 2.06 - состоит из белого фосфора - 80%, серы - 10% и йодистого метилена - 10%, для получения более низких показателей преломления жидкость разбавляется йодистым метиленом) стабильна при надлежащем хранении, но чрезвычайно огнеопасна: на дереве или бумаге самовозгорается, а на теле оставляет долго не заживающие ожоги. Жндкосги Мейровитца на базе растворов серы, селена и в трехбромистом мышьяке
АзВг3 (лежат в основе иммерсионного набора ВИЖ) обладают кислой реакцией, благодаря которой они реагируют с некоторыми минералами. Кроме того. АзВгз легко гидролизуется водяными парами и дает осадок Аб^Оз, обладая мри этом высокой токсичностью. Жидкости обычного иммерсионного набора часто оказываются непри-
10
годными из-за их реактоспособности по отношению к исследуемому веществу, в этом случае применяются высокопреломляющие водные растворы - жидкость Гуле (п» = 1.71) и жидкость Сушина-Рорбаха (пи = 1.79). Жидкость Туле представляет собой водный раствор двойной соли 1^(Г2К.1, а жидкость Сушина-Рорбаха - водный раствор ВД2-Ва12. Они сложны в приготовлении, ядовиты и при продолжительном действие на кожу вызываю! долго незаживающие язвы [91.
Таким образом, все высокопреломляющие жидкости, содержащие ртуть, мышьяк или фосфор, кроме отравления организма приводя! к долго незаживающим язвам при случайном контакте с ними, а жидкости на основе бора могут привести к размягчению мозга. Большинство органических жидкостей с высоким показателем преломления обладает еще более выраженными канцерогенными свойствами или имеют высокую стоимость, это относится к различным эфирным маслам, применяемым в парфюмерной промышленности.
При использовании высокопрсломляющих жидкостей, как правило, требуется знание не только ее показателя преломления, но и вязкости, плотности, а также функциональной зависимости между физическими параметрами. Однако, например, теория вязкости жидкостей не дает оснований для расчета коэффициентов вязкости по молекулярным и структурным свойствам. Накопленный же экспериментальный материал позволил разработать множество эмпирических методов расчета. Но в основном они дополнительно требуют знания различных параметров, либо просто выражают зависимость вязкости и температуры. Попытка связать динамическую
11
- Київ+380960830922