依据表1尺寸生产5种多孔板,壁厚0.5 mm,孔为圆形,材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti,每种规格多孔板生产3件,编号分别为1#、2#和3#。

表1 5种多孔板结构尺寸
Tab.1 Structure dimensions of five kinds of perforated plates

分别进行无水乙醇、异丙醇及蒸馏水三种介质多孔板泡破点试验。试验时对介质温度进行了测量,约为25℃。根据测量温度对介质泡破点的理论值进行了计算,取25 ℃下介质的表面张力值,水表面张力约为72.2×10^-3 N/m^[8]; 无水乙醇表面张力约为22×10^-3 N/m^[9]; 异丙醇表面张力约为21×10^-3 N/m; 三种介质均为浸润型液体,与不锈钢接触角取0°。

泡破点试验系统如图3所示,其中压力表对气源压力进行测量,智能压力数显表对泡破点值进行显示。智能压力数显表量程为10 000 Pa,测量误差为±20 Pa。

图3 泡破点试验系统
Fig.3 Test system configuration of bubble point

多孔板采用如图4所示装配密封结构。上端覆盖液体,下端通气进行泡破点试验。

图4 多孔板装配
Fig.4 Assembling of perforated plate

1)进行泡破点试验时,如果将多孔板全部没入介质中,由于多孔板孔径较大,介质会在重力作用下通过多孔板进入管路,介质的波动很大程度影响测量的准确性。为了确保试验的进行,采取以下方式:将少量介质置入多孔板上部的小容腔内,随即开始通气测试,避免过多液体穿过多孔板进入试验管路。

2)蒸馏水表面张力较大,5种规格的多孔板泡破点试验均可以依据第1)条方法正常进行。

无水乙醇和异丙醇表面张力较小,Ф0.4和Ф0.7两种规格的多孔板试验依据第1)条方法进行; 对于Ф1多孔板,一旦通气,多孔板就有气体逸出,采取如下试验方法:降低通气压力,到某一临界点,气体不再逸出,取该临界点压力值为泡破点。Ф1.3和Ф1.5多孔板一旦置于介质中或者将介质置于多孔板上部容腔,介质均在重力作用下沉入多孔板,气体逸出,不能测出泡破点。

3)对于多孔板泡破点试验,所有孔孔径大小一致,气泡逸出时,从所有的孔同时有气泡逸出。不同于筛网泡破时,气泡从孔径最大处以细丝状逸出。

依据公式(2),带入相关值,计算得到不同多孔板不同介质泡破点理论值,如表2所示。表3～表5列出了不同介质试验结果及其与理论值的偏差分析。同一件产品进行3次测量,取3次测量平均值为最终泡破点值。

表2 泡破点理论值
Tab.2 Theoretical values of bubble point

分析表3～表5试验数据:

1)对于蒸馏水介质,泡破点试验值与理论值的偏差在-12%～+11%以内; 从整体看,剔除个别偏差较大数据,试验值与理论值偏差在-5%～+5.7%以内。

2)对于无水乙醇和异丙醇介质,剔除个别异常数据,Ф0.4和Ф0.7多孔板泡破点试验值与理论值的偏差在0～+14.2%以内; Ф1多孔板泡破点试验值与理论值的偏差为-37%～-25%。

表3 蒸馏水泡破点试验结果
Tab.3 Test result of bubble point of distilled water

表4 无水乙醇泡破点试验结果
Tab.4 Test result of bubble point of absolute ethyl alcohol

表5 异丙醇泡破点试验结果
Tab.5 Test result of bubble point of isopropyl alcohol

对试验数据进行分析,蒸馏水由于其表面张力较大,在现有试验设备及重力场条件下,能够确保5种不同规格多孔板试验均正常进行。从试验数据来看,实际试验结果与理论计算值偏差在±12%以内,二者一致性较好; 异丙醇和无水乙醇表面张力较小,Ф0.4和Ф0.7多孔板泡破点试验值与理论值的偏差在±15%以内,一致性程度较好; 试验数据具有较高的可信度。异丙醇和无水乙醇Ф1多孔板泡破点试验值与理论值的偏差为-37%～-25%,二者差异较大,分析认为,主要原因为质量力与表面张力比值较大,以及在重力场中进行试验固有的干扰因素,该试验数据不可信,现有试验方法不适用于低泡破点测量,一定程度上也意味着较大孔径的多孔板作为毛细元件应用存在问题。

从工程应用的角度考虑,包容测量系统的偏差,可认为多孔板泡破点试验值和理论值的偏差在±15%以内。