ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ СО СТЕНКАМИ НЕПЛОТНОСТЕЙ
Взаимодействие внутренней поверхности канала неплотности с проходящими через них газообразными и жидкими средами происходит в результате их адсорбции на твердой поверхности. Поверхности каналов неплотностей состоят из участков, имеющих различные адсорбционные свойства. В результате дефектов строения твердых тел и вследствие двумерной миграции молекул адсорбция распространяется на устья микротрещин.
Устойчивые слои среды на поверхности стенок канала неплотности, влияющие на характер течения, могут образовываться под влиянием физической адсорбции и в результате химической адсорбции.
Первичные слои имеют высокую механическую прочность и способны выдерживать нагрузки порядка 100 МПа. Такое физическое состояние вещества может распространяться по нормали от твердой поверхности на микроны [61]. С увеличением длины цепи молекул в гомологических рядах углеводородов адгезия возрастает линейно. Это имеет существенное значение для исследования разрыва граничных слоев в канале неплотности в результате гидравлического удара. Следует отметить, что разрыв граничного слоя происходит внутри слоя и не происходит по поверхности твердая фаза — граничный слой.
Исследовав процесс формирования мультимолекулярного граничного слоя как системы вертикально ориентированных параллельных рядов на твердой поверхности, В. Харди высказал гипотезу об опрокидывании молекул с поворотом их на 180° при физической адсорбции, а также установил наличие селективной адсорбции, зависящей от температуры и концентрации компонентов. Эти исследования базировались на представлениях о строении, электрических свойствах и способности углеводородов адсорбироваться и ориентироваться на поверхности твердых тел. Объясняя эти явления, В. Харди выделяет два класса молекул. К первому классу относятся устойчиво адсорбированные на поверхности молекулы, имеющие стабильную ориентацию, ко второму — молекулы, неустойчиво адсорбированные на поверхности, имеющие тенденцию к опрокидыванию на 180° и переходу в состояние устойчивой ориентации.
Такая схема может быть использована при исследовании механизма облитерации капиллярных неплотностей, вероятности переориентации молекул и спонтанного разрушения молекулярного слоя, препятствующего проникновению среды через неплотности.
А. С. Ахматов [5] в результате исследования молекулярных явлений, связанных с адсорбционным происхождением облитерации капиллярных каналов, установил зависимость этих процессов от размеров сечения капилляра. Высказывается предположение, что при постоянном уменьшении сечения капилляра достигаются размеры, при которых происходит увеличение вязкости жидкости с высокой упругостью формы слоев полярных молекул.
В работе Н. Н. Федякина [51] приводятся данные об изменении вязкости и поверхностного натяжения для воды и бензола при изменении радиуса капилляра в диапазоне 0,025 —0,2 мкм.
Рассматривая граничный слой молекул, образованный на стенках капилляров под действием твердой фазы,’обладающей упругой реакцией, в виде совокупности параллельно размещенных макромолекул, связанных между собой многократными перекрестными связями, А. С. Ахматов отмечает, что в этом случае нарушается закон истечения Пуазейля, От этих слоев следует отличать слои, образующиеся у твердых стенок в результате наличия в жидкости загрязнений. За счет этих загрязнений на стенках образуются рыхлые молекулярные структуры, способные выдерживать значительные гидростатические давления, но легко разрушающиеся при вибрациях. Механизм образования этих структур мало изучен.
Изза полимолекулярной адсорбции паров атмосферной влаги при фильтрации воздуха через неплотность с те? мм3» МПа
чью — 10 полностью перекрывается канал не
плотности, и индикаторный газ не проходит. В неплотнос. ймм3/МПа
тях с течами — 10 0— канал частично перекрывается
влагой. На более крупные течи эти факторы не влияют [53].
На рис. 14 показаны результаты контрольных замеров относительных потоков [п — , где /7ИСХ и П — соответст
\ исх
венно исходный поток и поток, замеренный через некоторое время) через щелевые капиллярные проницаемые элементы (см. рис. 2) при длительном хранении их в условиях переменной относительной влажности воздуха в помещении. Щелевые капиллярные элементы изготовляли из материалов Д16Т, АМГ2, Х18Н9Т на потоки по воздуху в
1 щ3 глл мм3 МПа л
диапазоне I • 10 —500 —— при перепаде давления 0,02
МПа. Длина щелевого капиллярного участка элементов составляла 8—10 мм.
Влияние контакта неплотностей с жидкими средами на прохождение индикаторного газа более существенно. После контакта с водой не выявляются неплотности с течью
J,
примерно 10 4; с вакуумным маслом — приблизительно
10 2, ас глицерином—примерно 100 —. Для удаления
жидких сред (например, воды) из неплотностей при течах около 10 с —путем опрессовки газом при обычных
температурах необходимо высокое давление (10—20 МПа).
Контакт неплотностей с летучими технологическими жидкостями, такими, как ацетон, бензин, перхлорэтилен, смывка типа СД, приводит к временной закупорке неплотностен с течами 500—10 3— с последующим их восстановлением после прекращения контакта с этими жидкостями.
На рис. 15 показаны графики зависимости относительного потока через щелевой капиллярный проница
емый элемент от времени выдержки после контакта с летучими технологическими жидкостями. Длина канала капилляра примерно 10 мм, материал — Д16Т.
В производственных условиях контакт жидких сред с поверхностью контролируемых конструкций не всегда может быть исключен. Большинство конструкций, контролируемых на герметичность, перед испытанием проверяют на прочность опрессовкой жидкостями на водной основе. Технологические процессы очистки и обезжиривания поверхности контролируемых объектов с применением жидких органических растворителей также предшествуют контролю герметичности и течеисканию. В таких случаях должны приниматься специальные меры по удалению жидкостей из сквозных неплотностей.