Капиллярный контроль: Капиллярный контроль сварных швов и соединений

Содержание

Капиллярный контроль сварных швов и соединений

Контроль сварных швов является основным способом определить их качества. Существует несколько технологических контрольных методов, которые сегодня применяются при проверке сварочных швов, основной из них – капиллярный контроль. Он является неразрушающим и включает в себя несколько вариантов проведения данного процесса с использование разных расходных материалов. С его помощью определяются наружные поверхностные и внутренние дефекты или их отсутствие, а также изменения в зоне нагрева двух соединяемых заготовок.

Капиллярным контролем сварных соединений можно выявить практически все дефекты шва: поры, трещины, раковины, прожоги и непровары. Можно определить, как расположен дефект в плане его ориентации к поверхности сварного шва, можно определить размеры изъянов. Капиллярный метод контроля используется при сварке любых металлов (черных и цветных), пластмасс, стекла, керамики и так далее. То есть, это контроль имеет обширную область применения при определении дефектов в сварочных швах.

Суть всего контрольного процесса заключается в том, что, используя специальные жидкости (индикаторы), которые имеют свойство глубоко проникать в любые материалы, если в них есть пустоты, просачиваться сквозь него и появляться на противоположной стороне от места их нанесения. То есть, проникая в тело металла, индикаторные жидкости оставляют следы, по которым и определяются дефекты. Такие следы можно обнаружить визуально, а можно использовать для их определения специальные приборы преобразователи. Все современные методы контроля сварных швов капиллярным способом регламентируются ГОСТами.

Классификация капиллярного контроля

Существует две категории капиллярного контроля сварных швов: основные и комбинированные. Первый подразумевает под собой чисто капиллярный контроль, второй – это объединение нескольких неразрушающих способов контроля, в состав которых входит и капиллярный.

К основным методам можно отнести:

  • В зависимости от того, какой проникающий раствор для этого используется: это растворы и фильтрующие суспензии.
  • В зависимости от того, каким способом считывать получаемую информацию: цветовой (он же хроматический), яркостный (он же ахроматический), люминесцентный и люминесцентно-хроматический.

К комбинированным: электростатический, магнитный, электроиндукционный, радиационная технология поглощения или излучения. Во всех них используются проникающие индикаторные жидкости, то есть, применяется капиллярный вариант, но считывание информации происходит по-разному. В основном же на группы эта категория делится по характеру воздействия на поверхность сварного шва.

Как применяется технология капиллярной дефектоскопии

В принцип метод достаточно прост. Необходимо поверхность сварочного шва очистить и хорошо высушить. После этого на нее наносится проникающая жидкость, остатки которой через некоторое время надо полностью удалить. Остальная же часть проникнет внутрь тела металла. Далее на обработанную поверхность наносится проявитель, который просто вытянет из дефектов оставшуюся в металле жидкость.

Она проявится на поверхности в виде рисунков, которые и обозначат количество, форму и вид изъяна. Но это просто всего лишь на словах. Сам же процесс – достаточно серьезное мероприятия, поэтому к нему надо относиться со всем внимание и точно следовать технологически этапам, принимая во внимание нюансы.

Подготовка сварного шва к контролю

Как и в случае со сваркой, металл соединения необходимо очистить от всех загрязнений. Для этого можно использовать химический способ или механический, обычно, как показывает практика, специалисты применяют комбинацию из двух вариантов. То есть, зачищают металлическую поверхность наждачкой или железной щеткой, а после обрабатывают растворителем или спиртом.

Правда, механическую чистку рекомендуется применять лишь в том случае, если валик имеет пористую поверхность, или она имеет перепады и глубокие подрезы. Все дело в том, что поверхностные дефекты сварного шва при обработке жесткими материалами затираются, поэтому и не проявляются после их обработки проникающими жидкостями.

Что касается химикатов, которые используются для чистки поверхности шва, то их необходимо обязательно после окончания чистящего процесса удалять тепловой водой или другими реагентами. Просто они могут вступать в реакцию с жидкостями для контроля, тем самым выдавая неверные показатели. И последнее – это хорошо просушить поверхность металла. Таким образом, достигается полное отсутствие воды и растворителей.

Нанесение индикатора

Существует несколько способов нанесения индикаторной жидкости.

  • Обычный капиллярный метод – это когда жидкость наносится на проверяемую поверхность, и она сама по капиллярам металла проникает внутрь валика. Нанесение может производиться обычным смачивание, капельным распылением или струей, погружением сваренных заготовок в индикаторную жидкость.
  • Компрессионный – это когда жидкость подается на поверхность сварного шва под давлением. Таким образом, она быстрее проникает внутрь дефектов, вытесняя из них воздух.
  • Вакуумный – это противоположность компрессионному. В данном случае заготовки помещаются в вакуумную установку, вследствие чего из пор, раковин и трещин отсасывается воздух. Далее наносится жидкий индикатор, который заполняет их, потому что внутри полостей давление намного меньше, чем атмосферное.
  • Деформационный. На индикатор воздействуют, к примеру, звуковыми волнами, под действием которых он и проникает внутрь металла. При этом размер изъяна немного увеличивается, то есть, происходит его деформация.
  • Ультразвуковой – это когда заполнение производится под действием ультразвука.

Все данные способы проникновения жидкости в тело металла должны производиться при температуре 10-50С.

Очистка от индикатора

Проводя очистку поверхности валика, необходимо понимать, что нельзя удалять жидкость с поверхностных дефектов. Чем можно чистить.

  • Теплой водой, температура которой не превышает +50С. Это можно проводить при помощи тряпки или губки.
  • Растворителем. Сначала поверхность высушивают, а затем тряпкой, смоченной в растворителе, производится протирание поверхности.
  • Эмульгаторами: на водной или масляной основе. Сначала удаляется с поверхности проникающая жидкость, и сразу наносятся эмульгаторы, которые снимаются тряпкой.
  • Комбинированный вариант. Сначала поверхность омывается водой, после используется растворитель.

Обязательно поверхность сварочного шва после чистки индикаторной жидкости высушивается. Здесь можно использовать разные методы, главное – не повышать температуру валика выше +50С. К примеру, можно просто протереть поверхность неворсистой тряпочкой, можно просто нагреть заготовки, или использовать фен для удаления влаги.

Нанесение проявителя

Этот процесс в технологии капиллярного контроля сварных соединений должен проводиться сразу же после окончания сушки металла после очищения его поверхности. Для этого можно использовать разные проявители.

  • Сухой. Его наносят на поверхность равномерным слоем без утолщений или снижения толщины. Для этого обычно используется обычное напыление. Важно – данный вид проявителя применяется только в сочетании флуоресцентными индикаторами.
  • Жидкий на основе водной суспензии. Его наносят или методом распыления, или замачиванием валика, путем утопления свариваемых заготовок в жидкий проявитель. Важно – утопление производится в самые короткие сроки, после чего вся жидкость удаляется методом принудительной просушки.
  • Жидкий на основе растворителя. Наносится обычным распылением так, чтобы слой проявителя на поверхности остался равномерным.
  • Жидкий в виде водного раствора. Все то же самое, что и в случае проявителя на основе суспензии.

Обычно процесс проявления длиться 10-30 минут в зависимости от выбранного материала. Если появляется необходимость, то время можно увеличить.

Способы выявления дефектов сварного шва

Процесс выявления можно начинать сразу после нанесения проявителя. Но лучше, если после того как полностью закончится процесс проявления. Для этого можно использовать увеличительные стекла (лупы) или специальные очки.

Если капиллярная дефектоскопия сварного шва проводилась с помощью флуоресцентных индикаторов, то использовать для контроля специальные очки фотохроматического типа не надо. Просто оператор должен проводить контроль в темном помещении. Он должен в него войти и в течение 5 минут привыкнуть к темноте. После чего и начать процесс выявления дефектов. Сам контроль проводится под действием ультрафиолетового освещения. Оно может быть общим или зонированным (освещается только участок, где лежит сваренная конструкция). Самое важное, чтобы в поле зрения оператора не попадали отсвечивающие предметы, их просто не должно быть в помещении.

Если используются цветные индикаторы, то их проявление можно наблюдать и при дневном, и при искусственном свете. Главное, чтобы на поверхности контролируемого металла не было бликов, а мощность светового потока составляло не менее 500 лк.

Повторный контроль

Если по каким-то причинам итоги капиллярного контроля оказались неудовлетворительными, то можно провести повторный контроль. Он проводится точно так же, как и первый, с использованием все тех же технологий и индикаторов. Нельзя использовать индикаторные жидкости другой марки от другого производителя.

Самое важное – это очистить металлическую поверхность от старых материалов (проявителя и индикатора). Все остальные действия от очистки до проявления проводятся точно также.

Контроль капиллярный керосином

Керосин является полярно-активной жидкостью с низкой вязкостью, отсюда и большая его проникающая способность. Обычно с его помощью выискиваются дефекты сварных швов диаметром 0,1 мм при толщине стыка в 25 мм. И раньше, и сейчас керосин используется для контроля сварки резервуаров, которые работают под давлением. Сам процесс достаточно простой.

Для этого понадобиться керосин и меловой раствор, который наносится на обратную сторону сварного шва. По сути, раствор будет выполнять функции индикатора, на котором проявятся керосиновые пятна. Саму жидкость можно распылить на поверхность, смочить ею валик или просто уложить по стыку смоченную в керосине ленты или тряпку. После определенного времени с обратной стороны начнут проявляться масляные пятна, хорошо видимые на меловой поверхности.

Нередко в керосин добавляют яркие пигменты, чтобы увеличить чувствительность контроля.

Как и все капиллярные способы контроля с использование индикаторных жидкостей, керосин наносится на испытуемые поверхности сварных валиков разными способами.

  • Вакуумным, для чего используются специальные вакуумные установки переносного типа. Их устанавливают со стороны нанесенной меловой смеси.
  • Пневматический. Поверхность валика, смоченную керосином, обдувают потоком сжатого воздуха при давлении 0,3-0,4 МПа.
  • Вибрационный. Проникновение материала проходит под действием ультразвуковых колебаний.

Используя керосин при капиллярном контроле сварочных швов, необходимо применять материал с большой чистотой. Ведь примеси только увеличивают вязкость керосина, что делает его проникающие свойства низкими. А это может привести к неопределению самых маленьких дефектов, что отразиться на искаженной информации о качестве сварочного шва.

Капиллярные способы контроля на сегодняшний день считаются самыми простыми, но в то же время самыми дешевыми и эффективными. Именно поэтому они чаще других способов сегодня используются при проверке сварочных конструкций.

Поделись с друзьями

0

0

0

0

применяемые материалы и порядок проведения

Цветная дефектоскопия сварных швов относится к методу капиллярной дефектоскопии неразрушающего контроля. В ее основе лежит явление проникания смачивающей жидкости в поверхностные дефекты сварных соединений.

Цель – обнаружение поверхностных дефектов под воздействием средств, изменяющих светоотдачу дефектных зон, что приводит к изменению контрастности неповрежденных и поврежденных участков.

Цветной способ, который еще называют методом красок, применяется для обнаружения невидимых и слабо видимых невооруженным взглядом поверхностных изъянов в сварных швах:

Цветная дефектоскопия дополняет рентгеновский и ультразвуковой методы контроля по выявлению поверхностных мелких дефектов, размеры которых находятся за пределами чувствительности данных способов дефектоскопии.

Принцип действия

В основе цветной дефектоскопии лежат физические явления:

  • капиллярное проникновение, сорбция, диффузия;
  • световой и цветовой контрасты.

Индикаторные жидкости просачиваются в полости поверхностных и сквозных дефектов, что приводит к образованию цветного индикаторного рисунка (следа дефекта). Индикаторная жидкость имеет яркую окраску. След дефекта чаще всего ярко-красный на белом фоне проявителя. Индикаторный след регистрируется.

Метод красок проводится при естественном, с применением ламп накаливания или комбинированном освещении.

ГОСТы

Способ цветной дефектоскопии сварных швов регламентирован ГОСТами.

  1. 24522-80 «Контроль неразрушающий капиллярный. Термины и определения».

Разделы документа:

  • общие понятия;
  • методы капиллярного неразрушающего контроля;
  • средства капиллярного неразрушающего контроля;
  • аппаратура капиллярного неразрушающего контроля;
  • алфавитный указатель терминов.

ГОСТ содержит 2 справочных приложения.

  1. 18422.80 «Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования».

Содержание межгосударственного стандарта:

  • основные положения и область применения;
  • дефектоскопические материалы;
  • аппаратура;
  • проведение исследования;
  • оформление результатов;
  • требования безопасности.

ГОСТ имеет 6 справочных приложений.

Другие нормативные документы

Исследование сварных соединений способом красок также регулируется отраслевыми стандартами:

  1. ОСТ 26-5-99 «Контроль неразрушающий. Цветной метод контроля сварных соединений, наплавленного и основного металла».
  2. ОСТ 36-76-83 «Контроль неразрушающий. Сварные соединения трубопроводов и конструкций. Цветной метод».

Применяемые материалы

Основным капиллярным дефектоскопическим материалом метода красок является индикаторный пенетрант (в переводе с английского – проникать). Пенетранты содержат красящие вещества определенного цветового тона, наблюдаемого в видимом свете. Это раствор или суспензия жирорастворимого темно-красного красителя.

Вспомогательные материалы:

  1. Проявитель – служит для извлечения пенетранта из несплошности с целью образования индикаторного рисунка и формирования контрастирующего фона. В качестве проявителей используют суспензии порошкообразных сорбентов и белые проявляющие лаки.
  2. Очиститель – состав для удаления индикаторного пенетранта с поверхности исследуемого образца. Используют моющие порошки, ПАВ (поверхностно-активные вещества), этиловый спирт.
  3. Гаситель пенетранта – состав, служащий для устранения фоновой окраски.

Порядок проведения

С помощью способа красок производится выявление трещин и иных изъянов, выходящих на поверхность сварочного шва. Этот метод исследования не требует применения аппаратуры.

Технологическая последовательность цветной дефектоскопии сварного шва включает этапы:

  1. Очищение поверхности образца от загрязнений.
  2. Нанесение в 3-4 приема слоя подкрашенного индикаторного пенетранта. Время выдержки проникновения красящего вещества в дефекты составляет 15-20 минут.
  3. Удаление избытка пенетранта способом промывки поверхности сварного шва 50% водным раствором кальцинированной соды. Просушивание или вытирание поверхности светлой салфеткой. При наличии на салфетке следов обработка повторяется.
  4. Нанесение проявителя – водного раствора каолина. Просушивание поверхности подогретым воздухом до появления красного индикаторного рисунка на белом фоне каолина.
  5. Осмотр поверхности шва на предмет выявления дефектов. Рекомендуется проводить дважды: с интервалом 3-5 минут и 20-30 минут.
  6. Обработка и оформление результатов исследования.


Капиллярная дефектоскопия сварных соединений

Содержание страницы

1. Физические основы капиллярной дефектоскопии

Капиллярные методы контроля предназначены для обнаружения нарушений сплошности в поверхностных слоях сварных соединений. В большинстве случаев согласно техническим требованиям выявлению подлежат настолько малые дефекты сварных соединений, которые заметить при визуальном осмотре почти невозможно. Применение оптических приборов, например лупы или микроскопа, не позволяет обнаруживать поверхностные дефекты вследствие недостаточной контрастности их изображений на фоне металла и малого поля зрения, обеспечиваемого при большом увеличении.

Методы капиллярной дефектоскопии позволяют выявлять разного рода трещины, свищи, микропоры и другие дефекты, выходящие на поверхность, за счет повышения контрастности индикаторного рисунка, образующегося на дефектах на фоне поверхности контролируемого объекта.

Изменить соотношение оптической плотности изображения дефекта и фона можно двумя способами. Первый способ повышения контрастности изображения заключается в полировании поверхности контролируемого сварного соединения с последующим травлением ее в растворах кислот. При такой обработке дефект забивается продуктами коррозии, чернеет и становится заметным на светлом фоне полированного материала. Этот способ имеет целый ряд ограничений. В частности, в производственных условиях нерентабельно полировать поверхность сварного соединения и особенно шва. К тому же данный способ неприменим при контроле прецизионных полированных деталей и неметаллических материалов. Травление приемлемо только при контроле локальных участков поверхности металла, если имеется подозрение на наличие дефектов.

Второй способ повышения контрастности изображения основан на изменении светоотдачи дефектов заполнением их со стороны поверхности специальными светои цветоконтрастными индикаторными проникающими жидкостями — пенетрантами. Если в состав пенетранта входят люминофоры — вещества, испускающие свет под действием ультрафиолетового излучения, то такие жидкости называются люминесцентными, а метод контроля — люминесцентной дефектоскопией (ЛД). Если же основой пенетранта являются красители, видимые при дневном свете, то метод контроля называется цветной дефектоскопией (ЦД). Красители при ЦД используют ярко-красного цвета.

Контроль, осуществляемый методами капиллярной дефектоскопии, заключается в следующем. Поверхность контролируемой детали очищают от пыли, лакокрасочных покрытий, органических и других загрязнений, обезжиривают и сушат. На подготовленную поверхность наносят слой пенетранта и выдерживают некоторое время, чтобы жидкость проникла в открытую полость дефекта (рис. 40, а). Затем жидкость удаляют с поверхности (рис. 40, б), но при этом часть ее остается в полости дефекта.

Для повышения выявляемости дефектов на поверхность детали наносится специальный проявитель (рис. 40, в) в виде быстросохнущей суспензии (например, из каолина или коллодия) либо лаковое покрытие. Проявляющий материал (обычно белого цвета) вытягивает пенетрант из полости дефекта, что приводит к образованию на проявителе индикаторного следа, полностью повторяющего конфигурацию дефекта в плане, но имеющего бо́льшие размеры. Такие следы легко различимы даже без использования оптических средств. Степень увеличения размеров индикаторного следа зависит от глубины расположения дефекта, т. е. от объема пенетранта, заполнившего дефект, и промежутка времени, прошедшего с момента нанесения проявляющегося слоя.

Физической основой методов капиллярной дефектоскопии служит явление капиллярной активности — способность жидкости втягиваться в мельчайшие сквозные отверстия и открытые с одной стороны каналы.

При попадании жидкости в капиллярный канал ее поверхность искривляется, образуя так называемый мениск. Силы поверхностного натяжения стремятся уменьшить свободную границу мениска, и в капилляре начинает действовать дополнительная сила, приводящая к всасыванию смачивающей жидкости. Глубина, на которую жидкость проникает в капилляр, прямо пропорциональна коэффициенту ее поверхностного натяжения и обратно пропорциональна радиусу капилляра. Иными словами, чем меньше радиус капилляра (дефекта) и лучше смачиваемость материала, тем быстрее и на большую глубину жидкость проникает в капилляр.

 

Рис. 40. Стадии контроля поверхности детали капиллярным методом с применением проявителя: а — полость трещины заполняется проникающей жидкостью — пенетрантом; б — жидкость удаляется с поверхности детали; в — наносится проявитель, трещина выявляется; 1 — деталь; 2 — полость трещины; 3 — проникающая жидкость; 4 — проявитель; 5 — индикаторный след трещины

2. Методика капиллярной дефектоскопии

Процесс контроля качества сварного соединения капиллярными методами складывается из следующих технологических операций: подготовка объекта к контролю, обработка его дефектоскопическими материалами, выявление дефектов и заключительная очистка объекта по окончании процесса.

Подготовка объекта к контролю. Подготовка заключается в удалении всевозможных загрязнений и лакокрасочных покрытий, обезжиривании и сушке контролируемой поверхности.

Для очистки поверхности применяется комбинация различных способов механической обработки (шлифования, полирования, шабрения и др.) с последующей промывкой и протиркой ее легколетучими жидкими растворителями (скипидаром, ацетоном, бензином, спиртом и др.). Выбранный способ очистки должен обеспечивать удаление загрязнений из полости дефекта без внесения в нее новых загрязнений.

Сварные швы и околошовные зоны обрабатывают абразивным кругом, а затем наждачной бумагой разной зернистости. Такая механическая обработка позволяет удалить все неровности и сгладить выпуклость шва. Однако в процессе очистки абразивная и металлическая пыль заполняет полости дефектов, а тонкий слой пластически деформированного металла закрывает их. Следовательно, после механической обработки для вскрытия полостей дефектов поверхность шва необходимо протравить раствором кислоты или щелочи (для алюминиевых сплавов).

Следует отметить, что от качества очистки поверхности сварного соединения существенно зависит чувствительность контроля.

В настоящее время помимо традиционных способов очистки используется весьма перспективная ультразвуковая очистка, при которой сварное соединение погружается в ванну с жидким растворителем и обрабатывается мощным потоком ультразвуковым излучением, а также анодно-ультразвуковая очистка, при которой детали, помещенные в ванну с травильным составом, одновременно обрабатываются ультразвуком и электрическим током.

Способы очистки и необходимая чистота контролируемых поверхностей определяются техническими требованиями к качеству сварного соединения.

Обработка контролируемого объекта дефектоскопическими материалами. Обработка сварных соединений дефектоскопическими материалами заключается в заполнении полостей дефектов индикаторной жидкостью, удалении ее избытка и нанесении проявителя.

В состав пенетрантов на водной основе входят люминофоры или красители, а также ингибиторы — вещества, тормозящие окислительные процессы. Такие пенетранты наиболее технологичны, безопасны для здоровья операторов и не воспламеняются, а также легко удаляются с поверхности простым смывом. Однако это последнее свойство пенетрантов обусловливает и их основной недостаток: при смыве удаляется и часть жидкости из полостей дефектов, что снижает чувствительность контроля, поэтому пенетранты на водной основе применяют ограниченно.

Наиболее широко распространены пенетранты на основе различных органических жидкостей (керосина, скипидара, бензола, уайт-спирита и др.), которые требуют осторожности в обращении, но обеспечивают высокую чувствительность метода при выявлении дефектов.

Пенетрант целесообразно наносить с помощью пульверизатора или мягкой кисти, а продолжительность его выдержки независимо от размеров дефектов не должна превышать 5 мин.

Выявление дефектов. Различают пять способов выявления дефектов сварных соединений с использованием капиллярной дефектоскопии.

Порошковый («сухой») способ основан на использовании проявителя в виде сухого белого сорбента (каолина, мела и др.), поглощающего индикаторный пенетрант.

«Мокрый» способ связан с применением проявителя в виде концентрированной суспензии, приготовленной из белого порошка, размешанного (диспергированного) в летучем растворителе (керосине, бензоле и др. ), воде или их смесях.

При выявлении дефекта с помощью слоя краски или лака используют проявитель, состоящий из пигментированного или бесцветного быстросохнущего раствора (например, коллодия), поглощающего (сорбирующего) индикаторный пенетрант.

Пленочный проявитель представляет собой бесцветную или белую индикаторную ленту с проявляющим слоем, поглощающим индикаторный пенетрант и легко отделяющимся вместе с индикаторным слоем дефекта от контролируемой поверхности. Такой проявитель технологичен, позволяет получать дефектограмму, анализировать ее отдельно от сварного соединения и сохранять как объективный документ контроля.

Существуют также два варианта самопроявляющего способа. В беспорошковом варианте самопроявляющего способа выявления дефектов сварное соединение погружают в индикаторную жидкость, в состав которой входят органический люминофор и летучий растворитель. После извлечения соединения из этой жидкости растворитель быстро испаряется, а кристаллы люминофора оседают на кромках дефекта. Эти кристаллы люминесцируют под воздействием ультрафиолетового излучения. Для устранения фонового свечения все соединение обрабатывают в специальном растворе ингибитора, гасящем люминесценцию на поверхности, но почти не влияющем на люминофор, проникший в капиллярные полости дефектов.

В другом варианте самопроявляющего способа выявления дефектов контролируемый объект после очистки и пропитки нагревают, исключая тем самым проявление. При нагревании специальная индикаторная жидкость выходит из полости дефекта, затвердевает и образует индикаторный след, люминесцирующий под воздействием ультрафиолетового излучения.

В люминесцентной дефектоскопии применяются все указанные способы выявления дефектов. Широко распространено проявление дефектов с помощью порошка или суспензии в силу простоты процесса и доступности материалов, но при этом оно и наименее эффективно. Однако чаще всего в ЛД используются пленочный и самопроявляющий способы выявления дефектов.

В цветовой дефектоскопии применяют в основном порошкообразные сорбенты в виде суспензий и белые проявляющие лаки, причем лаковые проявители обеспечивают более высокую чувствительность метода.

В зависимости от размеров выявляемых дефектов ГОСТ 18442 — 73 устанавливает четыре условных уровня чувствительности капиллярных методов ко

Капиллярность

Капиллярность — или капиллярность — это способность узкой трубки вытягивать жидкость вверх против силы тяжести.

Высота жидкости в трубке из-за капиллярности может быть рассчитана

h = 2 σ cosθ / (ρ gr) (1)

где

h = высота жидкости (футы , м)

σ = поверхностное натяжение (фунт / фут, Н / м)

θ = угол контакта ( θ = 0 для чистой трубы)

ρ = плотность жидкости (фунт / фут 3 , кг / м 3 )

g = ускорение свободного падения (32.174 фут / с 2 , 9,81 м / с 2 )

r = радиус трубы (фут, м)

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение обычно измеряется в дин / см или Н / м .

Капиллярность, как и поверхностное натяжение, уменьшается с повышением температуры. Однако изменение температуры в большинстве задач невелико и незначительно.

Пример — Повышение капиллярности воды в трубке

Повышение капиллярности в чистой трубке (θ = 0) с диаметром 2 мм и температурой воды 20 o C с плотностью 1000 кг / м 3 можно рассчитать как

h = 2 (0. 0728 Н / м) cos (0) / ((1000 кг / м 3 ) (9,81 м / с 2 ) (2 10 -3 м))

= 0,0074 м

= 7,4 мм

Повышение капиллярности в трубках

Повышение капиллярности в чистых круглых стеклянных трубках для дистиллированной воды, пресной воды и ртути при температуре 20 o C (68 o F) :

Правильно Использование капиллярного числа при химическом заводнении

Теория капиллярного числа очень важна для увеличения нефтеотдачи химическим заводнением.Разницу между микроскопическим капиллярным числом и микроскопическим легко спутать. После десятилетий разработок в теории капиллярных чисел был достигнут значительный прогресс, и она находит важное, но иногда неверное применение в EOR. Теория капиллярного числа основана на пучках капиллярных трубок и гипотезе закона Дарси, и это всегда следует иметь в виду при использовании при увеличении нефтеотдачи химическим заводнением. Течение в пористой среде с низкой проницаемостью часто демонстрирует очевидные эффекты, не связанные с Дарси, что выходит за рамки закона Дарси.Данные экспериментов по заводнению ASP и SP показали, что остаточная нефтенасыщенность не всегда снижалась, так как капиллярное число продолжало увеличиваться. Доказано, что относительная проницаемость зависит от числа капилляров; на его скоростную зависимость влияли эффекты конца капилляров. Управлению мобильностью следует отдать приоритет, а не понижению IFT. Эффективность вытеснения не увеличилась, так как скорость вытеснения увеличилась, как ожидалось при заводнении тяжелой нефти. Максимальное количество капилляров не всегда обеспечивает максимальную извлекаемость при химическом заводнении в неоднородном коллекторе.Неправильное использование CDC в EOR включало игнорирование коэффициента подвижности, гипотезы линейного потока Дарси, различия между микроскопическим числом капилляров и микроскопическим числом, а также неоднородность, вызвавшую изменение режима потока. Замещение непрерывного масла или повторная мобилизация прерывистого масла было совершенно другим.

1. Введение

Теория капиллярных чисел считается основной теорией при заводнении полимеров, заводнении поверхностно-активными веществами, заводнении полимер-поверхностно-активное вещество (SP) и заводнении щелочного металла-поверхностно-активного вещества-полимера (ASP), которые более привлекательны для увеличения нефтеотдачи ( EOR) в эпоху низких цен на нефть.Основной механизм химического заводнения при увеличении нефтеотдачи можно резюмировать на повышение эффективности вытеснения на основе контроля мобильности и повышение эффективности вытеснения на основе теории капиллярных чисел. МУН в основном заключается в том, как извлечь больше остаточной или остаточной нефти и снизить нефтенасыщенность. В последнее время возникли некоторые недоразумения относительно теории капиллярных чисел и особенно ее применения при химическом заводнении. В нефтяной промышленности общепризнано, что кривая капиллярной десатурации (CDC) отражает характер и расположение пор в среде и распределение флюидов внутри пор [1]. Капиллярное число — безразмерная группа, описывающая отношение вязких сил к капиллярным [2–7]. Капиллярное число имело решающее значение при определении остаточной нефтенасыщенности [8]. Некоторые результаты экспериментов приведены на рисунке 1. Традиционно CDC использовался для описания взаимосвязи между капиллярным давлением и смачивающей / несмачивающей фазовой насыщенностью [1], тогда как он все чаще и чаще использовался для описания взаимосвязи между остаточной нефтенасыщенностью () и капиллярным числом. (Nc) [3, 4, 6, 9–11].При увеличении нефтеотдачи, например, при химическом заводнении, CDC имеет различные применения не только при заводнении водой, но и при химическом заводнении [12–16]; Число капилляров часто упоминалось при объяснении механизмов [10, 12, 17, 18]. Типичный классический CDC показал, что большее капиллярное число приводит к более низкой остаточной нефтенасыщенности, а когда капиллярное число увеличивается до некоторого определенного критического значения, остаточная нефтенасыщенность может упасть до минимального значения, даже до нуля. Однако недавняя литература показала, что CDC часто неправильно понимают, игнорируя разницу между остаточной нефтенасыщенностью и остаточной нефтенасыщенностью, а также фундаментальную гипотезу при проведении определения капиллярного числа.Проблема эффективности развертки не обсуждалась в классическом CDC, и важность контроля мобильности не подчеркивалась должным образом. Другой CDC получен тестами заводнения ASP и полезен для определения химического заводнения. Гипотеза, лежащая в основе вывода капиллярного числа, включая капиллярный пучок и поток Дарси, должна быть проверена, когда теория капиллярного числа используется в коллекторах с низкой проницаемостью и тяжелой нефтью. В пласте с низкой проницаемостью поток ведет себя как некая особенность, не связанная с Дарси, в то время как при заводнении тяжелой нефтью с химическим заводом коэффициент вязкости достаточно велик, чтобы учитывать коэффициент подвижности и фронтальную устойчивость.Систематический обзор капиллярного числа при химическом заводнении помогает понять важность контроля мобильности и увеличения объема очистки при увеличении нефтеотдачи химическими средствами (EOR).


2. Капиллярное число и CDC

Капиллярное число определялось как отношение вязкой силы к капиллярной силе [7, 11]. Однако Manthey et al. [19] определили новое капиллярное число как отношение капиллярной силы к вязкой, что противоречит классическому определению капиллярного числа. Преимущество состоит в том, что его интерпретация более интуитивно понятна, поскольку при большом капиллярном числе преобладают капиллярные силы.Это определение звучит хорошо, но о текущих исследованиях мало. Лабораторные исследования показали, что остаточная нефть может быть извлечена, если в фазе вытеснения силы вязкости, действующие на захваченные капли остаточной нефти, превышают силы удержания капилляров. Вывод капиллярного числа можно увидеть в литературе [20]. Фактор восстановления оказался зависимым от капиллярного фактора [7]. Капиллярное число обеспечивает удовлетворительную корреляцию мобилизационной нефти с сильно различающейся вязкостью [5].Капилляр имеет множество различных математических определений [4, 5]. Различия были отмечены в CDC с разными формами капиллярного числа [6], в то время как наиболее часто применяемые определения [10] — это где был IFT, это приведенная скорость и вязкость вытесняющей (смачивающей) фазы.

В последние годы большинство исследований капиллярного числа посвящено его применению в воде и химическом заводнении. Hilfer et al. [2] исследовали физическую природу капиллярного числа, а также капиллярного насыщения и десатурации с учетом микроскопических и макроскопических законов Ньютона, Юнга-Лапласа и Дарси.Они обнаружили, что капиллярное число выражается как функция насыщения (), скорости (vi) и длины модели (), тогда как в большинстве предыдущих исследований длине редко уделялось достаточно внимания. Они также подчеркнули разницу между микроскопическим числом капилляров и микроскопическим, которое легко спутать [2]. Многие эксперименты показали, что эффективность микроскопического вытеснения увеличивается по мере увеличения числа капилляров до определенного значения, а также изучалось влияние числа капилляров на остаточную нефтеотдачу [3, 5–7, 10, 21, 22]. Было обнаружено, что остаточная нефтенасыщенность (ROS) и гистерезис впитывания-дренажа уменьшаются с увеличением капиллярного числа [7, 23]. Литература указывает на то, что модель предсказывала значение капиллярного числа 10 −3 , необходимое для мобилизации единственной капли, захваченной в определенной поре, и капиллярное число более 10 −2 , необходимое для полной мобилизации [6]. Однако капиллярное число, необходимое для полного извлечения остаточной нефти, было примерно в 100 раз, а не в 1000 раз в других экспериментах [7, 24], больше, чем критическое капиллярное число для начала мобилизации в увлажненных водой песчаниках [6].Для объяснения механизма были изучены микроструктуры остаточной нефти с влиянием капиллярных чисел [25], и было показано, что на начальных стадиях мобилизации остаточной нефти, поскольку капиллярные числа превышают критическое значение Nc (1,9 × 10 −5 для воды влажные песчаники) нефтяные капли распадаются на более мелкие, значительная часть которых только временно мобилизуется.

Лабораторное исследование [26] показало, что критическое капиллярное число или число Бонда, которое было основано на капиллярном числе, наблюдаемое для сильно увлажненной породы, было ~ 10 −5 .Однако для менее увлажненной породы критические капиллярные числа или числа Бонда могут быть выше, по крайней мере, на один порядок величины. Эффекты смачиваемости повлияли на извлечение нефти. Эффект смачиваемости также можно увидеть на Рисунке 1.

При использовании определения капиллярного числа гипотезе об основании при построении уравнения следует уделять особое внимание, но ее часто упускают из виду. Две важные гипотезы теории капиллярных чисел — пучки капиллярных трубок и гипотеза закона Дарси.Вывод капиллярного числа [8, 20] отражает эти две гипотезы. Традиционный CDC был основан на кернах или моделях с высокой проницаемостью, где пучки капиллярных трубок и гипотеза закона Дарси были хорошо выполнены. Но они частично выполнялись или даже не выполнялись в средах с низкой проницаемостью из-за потока не по Дарси [27, 28] в средах с низкой проницаемостью. Таким образом, теория не должна использоваться или использоваться напрямую в условиях, в которых эти ситуации не встречались, например, с низкопроницаемыми ядрами и высокоскоростным турбулентным потоком, который сильно отличался от потока в пористой среде.Этот вывод подтверждают результаты заводнения с высокой и низкой проницаемостью [4] при одинаковом порядке капиллярного числа с совершенно разной остаточной нефтенасыщенностью. Капиллярные числа для мобилизации остаточной нефти из пакетов шариков были намного выше, чем типичные значения для песчаников [5]. Установлено, что критическое капиллярное число керна коллектора уменьшается при увеличении проницаемости [10]. Хотя для проведения эксперимента использовались как среды с низкой проницаемостью, так и среды с высокой проницаемостью, зависимость проницаемости от числа капилляров редко изучается или отмечается.Капиллярные числа, необходимые для разных ядер, были разными [11]. Другим параметром было правильное соотношение вязкости вытесняющей фазы и вытесненной фазы, которое рассматривалось лишь в небольшом количестве литературы [4]. Хотя не было рекомендовано определенного соотношения вязкости бетона из-за различных условий коллектора и обводненности, в литературе [29, 30] показано, что низкие скорости закачки на основе впитывания воды могут использоваться для стабилизации заводнения и повышения нефтеотдачи. Это несовместимо с CDC, в которой более высокая скорость приводит к более высокой эффективности смещения.Хотя насыщенность в их тестах была не остаточной нефтенасыщенностью, а остаточной нефтенасыщенностью, в тестах с короткими цилиндрическими кернами иногда нелегко их отличить, и, что наиболее важно, это помогает понять важность эффективности охвата при увеличении нефтеотдачи химическим заводнением. Фактически, остаточная нефтенасыщенность и остаточная нефтенасыщенность часто смешиваются в эксперименте по заводнению керна. Иногда это недоразумение приводит к неправильному выводу.

Классические кривые CDC показывают, что по мере увеличения капиллярного числа остаточное смачивающее / несмачивающее фазовое насыщение уменьшалось.Когда капиллярное число ниже определенного значения, так называемого критического значения, остаточная смачивающая / несмачивающая фазовая насыщенность медленно снижается, и обычно это диапазон значений капиллярного числа заводнения. Когда капиллярное число превышает критическое значение, остаточная фазовая насыщенность резко падает. Большинство CDC показывает, что остаточное насыщение имеет тенденцию к падению до нуля, как видно из рисунка 1. Однако, согласно последнему исследованию [2], это не так. Значение критического капиллярного числа часто составляет два-три порядка величины; таким образом, наиболее эффективным способом увеличения капиллярного числа является уменьшение IFT на два или три порядка величины, поскольку скорость и вязкость ограничиваются перепадом давления и максимальным давлением трещины в пласте.Многие испытания CDC проводились в коллекторах песчаников, а некоторые из них были проведены в коллекторах карбонатов [4, 8, 11, 31]. Эффекты типа керна были даны Гарнесом и Матисеном [10], и следует отметить, что все эти три керна представляют собой песчаник с разными петрофизическими параметрами, но разными CDC. Их испытания показали, что критическое капиллярное число коррелирует как с диспергируемостью, так и с проницаемостью кернов [10]. Тип породы влияет на геометрические характеристики, которые определяют распределение пористости и характеристики локальной перколяции [32], хотя, таким образом, геометрическое влияние не отражается напрямую на параметрах Nc.Похоже, что критическое капиллярное число известняков больше, чем песчаников. Разницу песчаника и известняка можно увидеть в [11].

Классический CDC был основан на жидкости Ньютона, в то время как жидкость, подобная жидкости, подобной полимеру, была недавно принята в испытаниях [13, 14, 33–36]. Следует отметить, что вязкость полимера не рассчитана точно или не указана в этих ссылках. В литературе [13] сообщается, что вязкоупругость влияет на CDC с моделями искусственного сердечника и раствором ASP.Для изменения параметра вязкоупругости использовали полимер (HPAM) с различной концентрацией. Результаты испытаний показали, что более высокая вязкоупругость снижает остаточную нефтенасыщенность и повышает эффективность вытеснения. Этот вывод требует дополнительных испытаний и дальнейшего изучения. Корреляции капиллярных чисел для газожидкостных систем были менее изучены, и было обнаружено, что критическое капиллярное число для газожидкостной системы сильно отличается от критического капиллярного числа для системы нефть-вода в горных породах того же типа [37]. Критическое капиллярное число было определено как 2 × 10 −8 для систем газ-вода, а для систем масло-вода — 10 −5 .Легкая деформация газа по сравнению с жидкостью в пористой среде может объяснить это, хотя для выяснения механизма предлагается дальнейшее исследование.

3. Относительная проницаемость

Относительная проницаемость была довольно сложной и важной. Такие факторы, как тип породы, смачиваемость и геометрия пор, пропитка или дренаж, эффекты на концах капилляров [38], даже метод [39], существенно повлияли на относительную проницаемость [7, 9, 31, 40–42]. Фулчер-младший и др. [7] изучили влияние капиллярного числа на кривые двухфазной относительной проницаемости и сделали информативные выводы.Их эксперименты показали, что относительная проницаемость несмачивающей (масляной) фазы является функцией IFT и переменных вязкости по отдельности, а не функцией капиллярного числа, в то время как смачивающая (вода) фаза ведет себя как функции капиллярного числа. Незначительные эффекты IFT наблюдались как на относительную проницаемость нефти, так и на жидкую среду, пока не было получено определенное значение 2,0 мН / м, ниже которого относительная проницаемость увеличивалась по мере уменьшения IFT. Эксперимент также показал, что при очень низком IFT кривые относительной проницаемости выпрямляются и приближаются к теоретической X-образной форме, имеющейся при нулевом IFT.Никаких эффектов скорости не наблюдалось для ограниченного диапазона в рамках этого исследования (от 16 до 80 футов / д). Однако в литературе [31] сообщается о кернах длиной 22,2 см, и результаты показали, что относительная проницаемость зависит от скорости потока, а также от числа капилляров.

Зависимость кривой относительной проницаемости от дебита была противоречивой, вероятно, потому, что капиллярный эффект был / не учтен [42]. Казалось, что количество капилляров в определенном диапазоне влияет на относительную проницаемость. Когда значение критического капиллярного числа [42] находилось в определенном диапазоне, кривая относительной проницаемости становилась зависимой от скорости.Оказалось, что при падении межфазного натяжения ниже определенного значения (0,04 мН / м) как в системах пар / жидкость, так и в системах вода / нефть, форма кривых относительной проницаемости сильно различалась [24]. Хотя в литературе показано, что только когда IFT снижается до определенного значения, начинается влияние IFT на поток в пористой среде [7, 24], однако пороговое значение IFT отличается.

Концевые капиллярные эффекты учитывают влияние скорости на относительную проницаемость. Исследования [38, 43] показали, что наблюдаемая зависимость от скорости результатов эксперимента фазы смачивания при высоком IFT воспроизводилась с помощью моделирования с постоянной относительной проницаемостью (Kr) и капиллярным давлением (Pc), в то время как наблюдаемые эффекты скорости фазы смачивания в экспериментах были при низком IFT. систем и интерпретировались как результат зависимости от скорости в функции Kr.Результаты их экспериментов, подтвержденные результатами моделирования, показали, что оставшееся насыщение фазы смачивания зависит от эффектов на конце капилляра при более низком Nc. Было обнаружено, что при более высоком Nc оставшаяся фаза смачивания зависит как от Nc, так и от количества введенных PV. Таким образом, в эксперименте необходимо преодолеть концевые эффекты капилляров в тестах [39]. Чтобы свести к минимуму эффекты конца капилляров, часто рекомендуется использовать более высокие скорости потока или / или более длинные образцы керна [44]. Это может быть связано с масштабной зависимостью, как подчеркивают Хильфер и др.[2].

Последующие экспериментальные результаты [45] показали, что относительная проницаемость нефть / вода при любой заданной насыщенности существенно зависит от значений IFT, меньших, чем значение (10 -1 мН / м). Очевидно, это критическое значение на порядок выше контрольного. Это может быть связано с различием пористых сред, а также с характеристиками микроструктуры, зависящими от масштаба [32]. Они также показали, что относительная проницаемость для нефти / воды увеличивается с уменьшением IFT (увеличением Nc).Это остаточное насыщение показывает отличные линейные корреляции с капиллярным числом на графике логарифмического анализа. Более того, кривые относительной проницаемости вода / нефть коррелировали с капиллярным числом и флюидонасыщенностью. Относительная проницаемость для нефти и воды может коррелировать с IFT через капиллярное число. Существуют различия между относительной проницаемостью в стационарном и нестационарном состояниях. Нестационарные относительные проницаемости по нефти не показали каких-либо значительных изменений с IFT, за исключением низкой нефтенасыщенности, в то время как нестационарные относительные проницаемости по воде, однако, увеличивались с уменьшением IFT.Одна типичная кривая относительной проницаемости, на которую влияет капиллярное число, часто используется в численном моделировании, можно увидеть на Рисунке 2 [46].


Однако с помощью метода стационарного и рентгеновского КТ-сканирования была получена совершенно другая кривая относительной проницаемости в зависимости от числа капилляров [47]. Относительные проницаемости для нефтяной и водной фаз были выше при более низком градиенте давления, что не согласуется с данными других литературных источников [45, 48]. Эти два градиента давления, соответствующие капиллярным числам, равнялись 1.3 × 10 −6 и 3,3 × 10 −5 соответственно, что относилось к области, где не было зависимости от капиллярного числа [45, 48]. Концевой эффект капилляра также не рассматривался как причина, поскольку он должен приводить к более высокой относительной проницаемости при более высоком градиенте давления, но произошло обратное. Это существенное различие было приписано значительному неравномерному распределению флюида, показанному рентгеновским компьютерным сканированием, что нарушало предположение об однородном флюидонасыщении.Это исследование показало, что концевые эффекты капилляров не могут объяснить всю зависимость относительной скорости проницаемости, в то время как разница в смачиваемости объясняет это [38]. Эти исследования отразили сложность и важность относительной проницаемости. Hilfer et al. [2, 32] пошли дальше и исследовали течение в пористой среде и капиллярность в различных масштабах. В отличие от интереса нефтяной промышленности к применению капиллярного числа для увеличения нефтеотдачи и разработки месторождений, они попытались изучить его физическую природу.

Было признано, что смачиваемость явно влияет на относительную проницаемость. Кривые относительной проницаемости для смешанно-влажной среды лежат между кривыми для увлажненной среды и масляно-влажной среды, за исключением области остаточного насыщения [49]. Остаточная нефтенасыщенность (Sor) в смешанно-влажной породе была ниже, чем Sor в нефтенасыщенной породе, а остаточная водонасыщенность (Srw) в смешанно-влажной породе была ниже, чем Srw в увлажненной водой породе под идентичные условия затопления.

4.Влияние смачиваемости

Смачиваемость коллектора может охватывать широкий спектр условий [50], и смачиваемость является очень важным фактором при определении результатов заводнения керна [51], а также относительной проницаемости [44, 48, 49, 52]. Фактически смачиваемость породы влияет на характер флюидонасыщения и общие характеристики относительной проницаемости системы жидкость / порода [53]. Расположение фазы в пористой структуре зависит от смачиваемости этой фазы. Учитывая влияние смачиваемости на распределение жидкости, легко понять, что кривые относительной проницаемости сильно зависят от смачиваемости [53].В системе смачивания водой вода окружает масло и контактирует с зерном. В системе смачивания маслом масло контактирует с камнем. Намного легче добывать смоченную водой породу, чем смоченную нефтью, потому что для смачиваемых водой горных пород нефть находится в центрах пор. Смоченная водой горная нефть легко разливается. Смачиваемость коллектора может существенно повлиять на разработку процессов увеличения нефтеотдачи [26]. Влияние смачиваемости на CDC было изучено [7, 11]. Смачивающая и несмачивающая фазы вели себя по-разному в CDC [43, 48, 49,

Интеллектуальное гидрогелевое покрытие создает «прерывистый» контроль капиллярного действия — ScienceDaily

Покрытие внутренней части стеклянных микропробирок полимерным гидрогелевым материалом резко изменяет Исследователи обнаружили, как капиллярные силы втягивают воду в крошечные структуры.Это открытие может предоставить новый способ управления микрожидкостными системами, включая популярные устройства «лаборатория на кристалле».

Капиллярное действие втягивает воду и другие жидкости в замкнутые пространства, такие как трубки, соломинки, фитили и бумажные полотенца, а скорость потока можно предсказать с помощью простого гидродинамического анализа. Но случайное наблюдение исследователей из Технологического института Джорджии приведет к пересчету этих прогнозов для условий, в которых гидрогелевые пленки выстилают трубки, по которым проходят жидкости на водной основе.

«Вместо того, чтобы двигаться в соответствии с общепринятыми ожиданиями, жидкости на водной основе скользят в новое место в трубе, застревают, а затем снова скользят — и этот процесс повторяется снова и снова», — объяснил Андрей Федоров, профессор Георгиевского института. Школа машиностроения В. Вудраффа Технологического института Джорджии. «Вместо того, чтобы заполнять трубку со скоростью проникновения жидкости, которая замедляется со временем, вода распространяется с почти постоянной скоростью в капилляр, покрытый гидрогелем. Это сильно отличалось от того, что мы ожидали.«

Результаты исследования, спонсируемого Управлением научных исследований ВВС (AFOSR) через центр BIONIC в Технологическом институте Джорджии, были опубликованы в начале этого месяца в журнале Soft Matter .

Когда в отверстие тонкой стеклянной трубки попадает капля воды, жидкость начинает течь в трубку, притягиваясь за счет сочетания поверхностного натяжения жидкости и адгезии между жидкостью и стенками трубки. Впереди мениск, изогнутая поверхность воды у передней кромки водной толщи.Обычная трубка из боросиликатного стекла заполняется капиллярным действием с постепенно уменьшающейся скоростью, при этом скорость распространения мениска уменьшается как квадратный корень из времени.

Но когда внутренняя часть трубки покрывается очень тонким слоем поли (N-изопропилакриламида), так называемого «умного» полимера (PNIPAM), все меняется. Вода, попадающая в трубку, покрытую изнутри сухой пленкой гидрогеля, должна сначала смочить пленку и дать ей разбухнуть, прежде чем она сможет проникнуть дальше в трубку. Смачивание и набухание происходят не непрерывно, а дискретными шагами, на которых водный мениск сначала слипается, и его движение остается остановленным, в то время как полимерный слой локально деформируется.Затем мениск быстро сдвигается на небольшое расстояние, прежде чем процесс повторяется. Этот процесс «прерывистого скольжения» заставляет воду поступать в трубку поэтапным движением.

Скорость потока, измеренная исследователями в трубке с покрытием, на три порядка меньше скорости потока в трубке без покрытия. Линейное уравнение описывает зависимость процесса заполнения от времени вместо классического квадратного уравнения, описывающего заполнение трубки без покрытия.

«Вместо того, чтобы заполнять капилляр за сотую долю секунды, заполнение того же самого капилляра может занять десятки секунд», — сказал Федоров. «Хотя наблюдается некоторое набухание гидрогеля при контакте с водой, изменение диаметра трубки незначительно из-за малой толщины слоя гидрогеля. Вот почему мы были так удивлены, когда впервые наблюдали такое резкое замедление процесс регистрации в наших экспериментах «.

Исследователи, среди которых были аспиранты Джеймс Сильва, Дрю Лони и Рен Герьяк, а также старший инженер-исследователь Питер Коттке, снова попробовали эксперимент, используя глицерин, жидкость, которая не абсорбируется гидрогелем.В случае глицерина капиллярное действие протекало через покрытую гидрогелем микропробирку, как и в случае пробирки без покрытия, что согласуется с традиционной теорией. После использования оптической визуализации с высоким разрешением для изучения распространения мениска при набухании полимера исследователи поняли, что могут найти хорошее применение этому ранее неизвестному поведению.

Поглощение воды гидрогелями происходит только тогда, когда материалы остаются ниже определенной температуры перехода. При нагревании выше этой температуры материалы больше не поглощают воду, что устраняет явление «прерывистого скольжения» в микропробирках и позволяет им вести себя как обычные пробирки.

Эта способность включать и выключать прерывистое скольжение в зависимости от температуры может предоставить новый способ управления потоком жидкости на водной основе в микрофлюидных устройствах, включая лаборатории на кристалле. Температуру перехода можно контролировать, изменяя химический состав гидрогеля.

«Локально нагревая или охлаждая полимер внутри микрожидкостной камеры, вы можете либо ускорить процесс заполнения, либо замедлить его», — сказал Федоров. «Время, необходимое для прохождения жидкости на одно и то же расстояние, может варьироваться до трех порядков.Это позволит точно контролировать поток жидкости по требованию, используя внешние стимулы для изменения поведения полимерной пленки ».

Нагрев или охлаждение можно осуществлять локально с помощью лазеров, миниатюрных нагревателей или термоэлектрических устройств, размещенных в определенных местах микрожидкостных устройств.

Это может обеспечить точное время реакций в микрофлюидных устройствах, контролируя скорость доставки реагентов и удаления продукта, или позволяет протекать последовательности быстрых и медленных реакций. Другим важным применением может быть контролируемое высвобождение лекарства, при котором желаемая скорость доставки молекул может динамически регулироваться с течением времени для достижения оптимального терапевтического результата.

В будущей работе Федоров и его команда надеются больше узнать о физике модифицированных гидрогелем капилляров и изучить капиллярный поток с помощью частично прозрачных микропробирок. Они также хотят изучить другие «умные» полимеры, которые изменяют скорость потока в ответ на различные стимулы, включая изменение pH жидкости, воздействие электромагнитного излучения или возникновение механического напряжения — все это может изменить свойства особый гидрогель, предназначенный для реагирования на эти триггеры.

«Эти экспериментальные и теоретические результаты обеспечивают новую концептуальную основу для движения жидкости, ограниченного мягкими, динамически развивающимися поверхностями полимеров, в которых система создает энергетический барьер для дальнейшего движения за счет упруго-капиллярной деформации, а затем снижает барьер за счет диффузионного размягчения», написали авторы статьи. «Это понимание имеет значение для оптимальной конструкции микрофлюидных устройств и устройств типа« лаборатория на кристалле »на основе умных полимеров, реагирующих на раздражители».

Разрыв капилляра на полу подполья — полиэтиленовая пленка под бетонной плитой

Вкладка «Соответствие» содержит информацию о программе и коде.Кодовый язык взят и кратко изложен ниже. Чтобы узнать точный язык кода, обратитесь к соответствующему коду, который может потребовать покупки у издателя. Хотя мы постоянно обновляем нашу базу данных, ссылки могли измениться с момента публикации. Если вы обнаружите неработающие ссылки, обратитесь к нашему веб-мастеру.

Дома, сертифицированные ENERGY STAR, версия 3 / 3.1 (Ред. 09)

Требования к строителю системы водного хозяйства

1. Водоуправляемый участок и фундамент.
1.4 Разрыв капилляров на всех этажах подполья с использованием полиэтиленовой пленки толщиной ≥ 6 мил, притертой 6-12 дюймов., & устанавливается с использованием одного из следующих способов: 3, 4, 5
1.4.1 Размещается под бетонной плитой; OR ,
1.4.2 Облицовка каждой стены или опоры и закрепление планками обрешетки или аналогичным материалом; OR ,
1.4.3 Закрепить в земле по периметру кольями.
1.6 Замедлитель парообразования класса 1 не установлен на внутренней стороне воздухопроницаемой изоляции наружных подземных стен. 7

Сноска 3) Не требуется в сухом (B) климате, как показано на Рисунке 301 IECC 2009.1 и Таблица 301.1.

Сноска 4) Не требуется для фундаментов поднятых опор без стен. Чтобы получить ENERGY STAR, EPA рекомендует, но не требует, чтобы в домах, построенных в радоновых зонах EPA 1, 2 и 3, были включены элементы, устойчивые к радону. Для получения дополнительной информации см. EPA Indoor airPLUS.

Сноска 5) Для существующей плиты (например, в доме, где проводится реабилитация кишечника) вместо разрыва капилляров под плитой разрешается использовать сплошной и герметичный замедлитель паров класса I или II (согласно сноске 7). устанавливается поверх всей плиты.В таких случаях допускается исключение до 10% поверхности плиты (например, для плит порога). Кроме того, для существующих плит в занимаемом пространстве замедлитель парообразования должен быть или должен быть защищен прочной поверхностью пола. Если установлены замедлители парообразования класса I, их нельзя устанавливать на внутренней стороне воздухопроницаемой изоляции или материалов, склонных к повреждению от влаги.

Сноска 7) IRC 2009 определяет замедлители образования пара Класса I как материал или узел с рейтингом ≤ 0.1 химическая завивка, используя метод осушителя с Proc. A ASTM E 96. Следующие материалы обычно имеют ≤ 0,1 перм. И не должны использоваться на внутренней стороне воздухопроницаемой изоляции в надземных наружных стенах в теплом влажном климате или на наружных стенах ниже уровня в любом климате: резиновые мембраны , полиэтиленовая пленка, стекло, алюминиевая фольга, листовой металл и фольговые изоляционные / неизолирующие оболочки. Эти материалы можно использовать на внутренней стороне стен, если нет воздухопроницаемой изоляции (например.g. допускается установка жесткого пенопласта, облицованного фольгой, рядом с бетонной фундаментной стеной ниже уровня земли). Обратите внимание, что этот список не является исчерпывающим, и другие материалы с допуском ≤ 0,1 также не должны использоваться. Кроме того, если mfr. В спецификациях продукта указано, что показатель химической стойкости ≥ 0,1, тогда его можно использовать, даже если он есть в этом списке. Также обратите внимание, что пена с открытыми и закрытыми порами обычно имеет номинальные значения выше этого предела и может использоваться, если только производитель. спецификации указывают рейтинг химической завивки ≤ 0,1. Применяются несколько исключений из этих требований:

  • Замедлители парообразования класса I, такие как керамическая плитка, можно использовать на стенах душевых и ванн;
  • Могут использоваться замедлители образования пара класса I, такие как зеркала, если они установлены с помощью зажимов или других прокладок, которые позволяют воздуху циркулировать за ними.

Пожалуйста, ознакомьтесь с графиком внедрения программы для домов, сертифицированных ENERGY STAR, чтобы узнать о версии и редакции программы, которые в настоящее время применимы в вашем штате.

Дом DOE с нулевым потреблением энергии (Версия 07)

Приложение 1 Обязательные требования.
Приложение 1, пункт 1) Сертифицировано в рамках программы сертифицированных домов ENERGY STAR или программы строительства новых многоквартирных домов ENERGY STAR.
Приложение 1, пункт 6) Сертифицировано EPA Indoor airPLUS.

EPA Indoor airPLUS (Редакция 04)

1.2 Установка капиллярного разрыва.

  • Установите полиэтиленовую пленку или изоляцию из экструдированного полистирола (XPS) под бетонными плитами, включая цокольные этажи.Убедитесь, что защитное покрытие находится в непосредственном контакте с бетонной плитой выше (требование ENERGY STAR).
  • Установите капиллярный разрыв на всех этажах подпольного помещения, используя полиэтиленовую пленку толщиной ≥ 6 мил, притертую от 6 до 12 дюймов (требование ENERGY STAR).
  • Под полиэтиленовой пленкой или экструдированным полистиролом (XPS) изоляция, установленная в соответствии с пунктом 1.3 контрольного списка для разработчиков систем водоснабжения ENERGY STAR:
    • Установите 4-дюймовый слой чистого заполнителя диаметром 1/2 дюйма или более; ИЛИ
    • Установите 4 дюйма.равномерный слой песка, покрытый либо слоем геотекстильного дренажного покрытия по всей поверхности, либо полосами геотекстильного дренажного покрытия по периметру, установленными в соответствии с инструкциями производителя.

Исключения из требований к заполнителю или песку (Не применимо в EPA Radon Zone 1):

  • Сухой климат, согласно определению IECC 2015 г. Рисунок 301.1.
  • Районы со свободным дренированием почв, отнесенные к Группе 1 (Таблица R405.1, IRC 2015 г.) сертифицированным гидрологом, почвоведом или инженером во время посещения объекта.
  • Фундаменты плитные на грунте.

Альтернативный путь для восстановления кишечника: для существующей плиты в доме, подвергающегося реабилитации кишечника в радоновых зонах 2 и 3, альтернативная обработка плиты в Контрольном списке для строителя системы управления водными ресурсами ENERGY STAR, сноска 5, должна применяться в качестве альтернативы. полиэтилен и заполнитель или песок под плиту.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены.
Жидкость Поверхностное натяжение
— σ —
Н / м дин / см
Этиловый спирт 0,0223 22.3
Ртуть 0,465 465
Вода 20 o C 0,0728 72,75
Вода 100 o C 0,0599

58,9

86