CC BY
10
ЭНЕРГЕТИКА, ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 53Б.2.022-02Б.5Б4.3 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.48177
Чейлитко А. А.
ЗАРОДЖЕННН ПОР ТА IX ВПЛИВ НА ВЛАСТИВОСТ1 МАТЕР1АЛУ
Дослгджено зародження пор та проаналгзовано теорп пористость Надана тформащя щодо впливу пор на властивостг матергалу. Розглянуто моделг, котрг описують складш пористг струк-тури. Проаналгзовано механгзм розвитку пор. Класифжовано генезис пор. Розглянуто дифузш-ний генезис та генезис деструкщ. Встановлено залежнгсть кшькостг центргв поро-виникнення I швидкостг зростання пор вгд температури.
Клпчов1 слова: пори, генезис пор, пориста система, дифузшний генезис, генезис деструкщ, швидк1сть поро-виникнення.
1. Вступ
Перш шж щось винайти або покращити, необхщно тзнати природу того, чи шшого фактора впливу або явища в цшому. У сучасному свт будiвельнi матерiали як школи потребують вдосконалення. Вони повинш не тшьки володгги рядом параметрiв, але й тдтримувати щ параметри на протязi тривалого перюду часу.
В [1] наводяться дослвдження процесiв тепломасо-обмiну в бетош при фазових перетвореннях вологи в порах бетону. Змша теплопровiдностi бетону тд дieю циклiв заморожування-вiдтаювання носить нелшшний характер з максимумом функцп на другому циклi. Пiдвищення теплопроввдност i мiцностi бетонiв по-яснюеться продовженням зрощування кристалогiдратiв в едину монотонну структуру, при цьому зменшуеться пориспсть бетону (вiдбуваеться зрощення пор). Знижен-ня теплопровiдностi i мщност бетону при подальших циклах заморожування-вщтаювання можна пояснити за рахунок утворення мжротрщин, а значить змiною виду пористост бетону. Виходячи з цього, можна зробити висновок про самооргашзащю структури пористого бетону з метою протидiяти зовшшшм умовам.
Якщо подивитися на дослiдження автора з точки зору синергетики, то стае очевидним, що пориспсть е не що iнше як самоорганiзована система, в яку на генетич-ному рiвнi закладена потенцiйна енергiя адаптування до зовшшшх умов. Для тдтвердження самооргашзо-ваностi пор i визначення загальних закономiрностей 1х виникнення та розвитку в рiзних матерiалах необхщно провести серiю експериментiв.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
На сьогодшшнш день iснують як рiзнi пiдходи до пористостi, так i рiзноманiтна класифiкацiя пор [2-5]. Розрiзняють внутрiшнi закритi i зовшшш вiдкритi пори. Внутрiшнi закритi пори е замкнутими в об'емi пла системами пор, якi можуть мати взаемне сполучення мiж собою. Вщкрип зовнiшнi пори подiляють на на-скрiзнi i тупиковi. Таким чином, загальна пориспсть е сумою внутршшх пiр, наскрiзних пор i тупикових пор в матерiалi.
По розташуванню i орiентацii пор в матерiалi роз-рiзняють хаотичне i впорядковане розташування.
Також пору iнодi розглядають як кристал i для характеристики рiзноманiтностi форм пор вводять понят-тя ступiнь огранки, рiвний вiдношенню характерного розмiру пори до максимально можливого значення [2].
Щодо моделей, котрi описують складш порист структури, можна видiлити модель губчастого тша i корпускулярну модель. У моделi губчастого тiла пори розглядаються як система розгалужених каналiв, а в корпускулярно'i моделi тша пори являють собою зазори (промiжки) мiж нещiльно зрощеними частками, що представляють собою каркас пла.
Для об'еднання або заперечення шнуючих теорш не-обхiдно в першу чергу розiбратися з генезисом пористости кiнетикою i механiзмом розвитку пор, еволющею розвитку структурованих пористих систем. Необхщно розглядати елементарну пористу систему як термоди-намiчно нерiвноважну, з можливими флуктуацшними вiдхиленнями ентропii вiд максимальних значень.
В [2, 3] автори розглядають пору як вшьний об'ем або порожнечу, а точтше як локальне видшення вшьного об'ему, що володiе певною формою, мiсцем локалiзацii та розмiрами, що перевищують вщсташ мiж атомами кристалiчно'i решiтки матерiалу. Також автори роблять припущення, що пори бувають локалiзованi (звичайнi пори) i делокалiзованi (розподiленi мiж атомами порож-нечi, котрi не викликають рiзких перепадiв електронно'i щiльностi). Даш твердження носять досить стрний характер, оскшьки iснування абсолютно! порожнечi супе-речить досить багатьом сучасним теорiям фiзики. Крiм цього абсолютна порожнеча не може самооргашзову-ватися в складш системи, як це вщбуваеться з порис-тими структурами. Тому найбшьш доречно розглядати пору як систему оргашзованих бiльш дрiбних пор, зi сво1ми iндивiдуальними фiзичними характеристиками. При цьому пора, яка утворилася в процеа оргашза-цп/реоргашзацп, буде володiти новими властивостями.
Найменша пора, яку мае сенс розглядати як термо-динамiчну систему, це пора з геометричним розмiром бiльшим, нiж довжина вшьного пробiгу молекули. Безумовний науковий штерес представляе розгляд генезису пор.
1снують основш два пiдходи до розгляду росту еле-ментарно! пористо! системи. Перший з них розглядае зростання пор як диспергування псевдо сущльного се-редовища в процесах сублiмацii, конденсацп, кристаль зацii, хiмiчних реакцiй [2, 3]. Другий тдхщ пов'язаний
J
з розглядом зростання пористо1 системи шляхом скла-дання пористих систем бшьш дрiбного просторового масштабу (коло'1дш системи, сипучi матерiали i т. д.). Цiлком природно, що iснуe також комбiнований шдхщ до розгляду утворення пористо1 системи, який розглядае складнiшi пористi системи та 1х комбiнацi1 (будiвельнi матерiали, пiноскло, теплоiзоляцiйнi матерiали i т. д.).
Також варто згадати, що кнуе шдхщ, який розглядае пориспсть як дрiбноструктурнi тривимiрнi дефекти (метали, сплави, деяк мiнерали) [2, 3].
Даш тдходи не дозволяють дати вiдповiдi на ш-нуючi питання зростання системи пор i тим бiльше нiяким чином не виршують завдання управлiння по-ро-виникненням, а лише дозволяють визначити галузi використання пористих матерiалiв.
3. 06'ект, ц1ль та задач1 дослщження
Об'ект дослгдження — генезис пористостi виробни-чих матерiалiв.
Проведенi дослiдження ставили за мету визначити особливост процесу зародження пор та !х вплив на властивост матерiалу.
Для досягнення поставлено! мети виршувались на-ступш задачi:
— визначити принцип дп дифузiйного генезису; розглянути, в яких саме пористих матерiалах пори виникають за рахунок дифузiйного генезису; з'ясу-вати, до чого призводить велика швидюсть фронту кристалiзацii;
— визначити принцип дп генезису деструкцп; розглянути вплив виникнення розривiв у структурi матерiалу; з'ясувати, чим саме обумовлений ршт системи пор;
— розглянути споаб розрахунку швидкостi поро-виникнення; побудувати та проаналiзувати залеж-нiсть кшькосп центрiв поро-виникнення та швидкостi росту пор ввд температури.
4. Дослщження генезису пор
4.1. Генезис пористостг Генезис пористо! системи можна роздшити на бiльш простi складовi, таю як генезис при дифузшному скупченш газiв (дифузiйний генезис) i генезис за рахунок руйнування матерiалу (генезис деструкцп).
До дифузiйного генезису можна ввднести поро-виникнення при утворенш газiв в матерiалi за рахунок хiмiчних реакцiй, за рахунок рiзницi меж насичення газами речовини в рiзних агрегатних станах, за рахунок переходу в газоподiбний стан одного з компонент вихiдно'1 сумiшi.
До генезису деструкцп можна ввднести виникнення пор за рахунок термодеструкцп сполук (пориспсть при нагрiваннi полiмерiв), за рахунок деформацп тiла, а також за рахунок впливу випромшювання з наступним розпадом хiмiчних зв'язюв.
4.2. Дифузiйний генезис пор. При з'еднант |)1змих хiмiчних компонентiв для створення вихвдно! сумiшi iнодi утворюються гази, якi скупчуються в мшцях най-меншо! щiльностi i утворюють газовi бульбашки. Якщо тиск в газових бульбашках бiльше суми зовшшнього i гiдростатичного тиску, то вщбуваеться кипiння рщко! сумiшi матерiалу. Для штенсифжацп процесу поро-
виникнення можна 1стотно знизити тиск i провести скипання сумшп
Зниження зовшшнього тиску також збшьшуе поро-виникнення при кристал1зацп за рахунок попршення заповнення рщким розплавом м1ждендритних пром1жк1в. В [1] наводиться експериментальна граф1чна залежшсть кратност спучування по висоп Ah/ho ввд надлишкового тиску в камер1 спучування Р = 0-0,13 МПа для мате-р1алу СГК-1 при температур! 1100 °К i швидкост нагр1ву 25 К/с. Дана залежшсть е спадною i при надмiрному тиску 0,13 МПа кратнiсть спучування зменшуеться в 1,4 рази. Автор робить висновки про те, що при тд-вищенш тиску вщбуваеться ущiльнення матерiалy який спучуеться, за рахунок стиснення, i щiльнiсть матерiалу зростае в 1,3 рази. Таким чином, автор робить висновок, що в област пружно-пластичних деформацш можна говорити про пстерезис процесiв спучування i стиснення, хоча зворотно! залежностi збiльшення кратностi спучування вщ зменшення тискiв автор не наводить. Тому пстерезисний характер збiльшення та зменшення пористост вiд зовшшнього тиску щею статтею не доведений i до кiнця не вивчений.
Можна зустрии данi про зниження поро-виникнення при використант вакуумно! камери заповнено! iнертним газом [1]. Принцип !! дп аналогiчний принципу дп вакуумного деаератора. Тому при необхщносп збiльшення поро-виникнення скипанням необхщно правильно ви-брати режим охолодження, для кристалiзацi! матерiалу в момент найбшьшого спучування.
Найбiльш поширеними пористими матерiалами, в яких пори утворилися шляхом хiмiчно! взаемодп ком-поненпв сумiшi з подальшим газовидiленням, е тнобетон, газобетон, пiноскло i шнополктирольт матерiали [6, 7].
Також утворення газiв можливо не тiльки за рахунок хiмiчно! реакцп, а й за рахунок переходу одного з компоненпв сумiшi в газовий агрегатний стан. При цьому вщбуваеться скупчення газу i утворення пори пiд дiею внутрiшнього тиску.
До дифузiйного генезису також вщноситься поро-виникнення за рахунок рiзницi меж насичення речовини в твердому i рiдкому сташ. Вiдомо, що розчиннiсть газiв в рщкому середовищi вище нiж у твердому. Тому при кристалiзацi! розчину вщбуваеться витiснення розчи-нених газiв, але так як поверхня розчину вже криста-лiзувалася, то перед фронтом кристалiзацi! починае накопичуватися надлишок газу. Газ, який скупчуеться, просуваеться разом з фронтом кристалiзацi! до тих тр поки концентрацiя газу не перевищить максимально можливу концентрацiю розчиненого газу в розчиш. Концентрацiя на рухомому фронт кристалiзацi! ви-значаеться сшввщношенням [1]:
с (x) = Со ■
1 - k -x
—¡— e s+1 k
(1)
де c0 — початкова концентрацiя газу, який розчинений в рвдинцх — координата (початок координатно! вiсi, пов'язано! з лiнiею роздшу фаз);8 — товщина шару газу перед фронтом кристалiзацi! (дорiвнюе ввдношен-ню коефiцiента дифузп газу в рщиш до швидкостi руху фронту кристал1зацп);£ — коефiцiент розподiлу домь шок (дорiвнюе вiдношенню розчинностi газу в твердш фазi до розчинносп газу в рiдкiй фазi).
Як видно з даного стввщношення, велика швид-кiсть фронту кристалiзацii призводить до збiльшення товщини шару газу перед фронтом кристалiзацii, що веде до збшьшення концентрацп газу i як наслiдок до збшьшення можливостi утворення пор бшьших розмiрiв. За рахунок пор, яю утворилися за фронтом кристаль зацп, знижуеться концентрацiя газiв перед фронтом кристалiзацii i йде повторне збшьшення концентрацп газу в час! Час, за який ввдбуваеться нове накопичення концентрацп газу вщ початкового рiвня до максимально можливого, назвемо перюдом зародження газових пор при кристалiзацii. Для отримання рiвномiрноi в про-сторi пористостi, при постiйнiй швидкост руху фронту кристалiзацii, необхiдна сталкть перiоду зародження газових пор.
У всiх перерахованих випадках дифузшного генезису (поро-виникнення за рахунок хiмiчних реакцiй, за рахунок рiзницi меж насичення газами речовини в рiзних агрегатних станах, за рахунок випаровування одного з компоненпв вихщно! сумiшi) найбiльш ввд-критим питанням залишаеться мiсце зародження пори i швидкiсть 11 зростання.
Хоча мiсце зародження пiр носить флуктуацшний характер, можна з упевнешстю сказати, що найбiльш життездатнi зародки пор виникають поблизу структур-них недосконалостей. До таких недосконалостей можна вщнести межу роздшу рiзних хiмiчних структур, рiзних агрегатних станiв одного елемента, пори i порожнечi, народженi деструкщею матерiалу. У рiдкому агрегатному сташ такi недосконалостi дифундують за обсягом i можуть об'еднуватися. Для об'еднання зародкоутво-рюючiв пор необхщно затратити певну енергiю, яка витрачаеться на деформащю структури i переходить в потенцшну енергiю зародка пор.
4.3. Генезис деструкции До генезису деструкцп можна вiднести виникнення пор за рахунок термодеструк-цп сполук (пористiсть при нагрiваннi полiмерiв), за рахунок деформацп тiла, а також за рахунок впливу випромшювання.
При деформацшних впливах, якщо локальш на-пруги перевищують певну критичну величину, вини-кають розриви в структурi матерiалу i утворюються пори, зростання яких обумовлено подальшою змiною локальних напружень. Подальше збшьшення локаль-них напружень буде приводити до зростання пор i 1х об'еднання в систему пор, яка буде залежати ввд за-гальних напружень в тт. Тобто, необхiдно розмежувати напруги, яю йдуть в тiлi при деформацшних впливах i локальнi напруги в тiлi при тих же деформацшних впливах. Вщмшшстю останнiх буде сукупшсть дГ1 за-гального поля напруг i теплових флуктуацiй, викликаних неоднорщшстю тiла.
Виникнення системи пор об'еднуючо! окремi пори ви-кликае спад загально! енергii тiла, але потенцшна енергiя системи пор зростае i вiдбуваеться зростання системи за рахунок поглинання дрiбних пор, яю знаходяться поруч. Це означае, що зростання системи пор буде йти в напрямку розташування пор. Тому необхвдно створити теорт виникнення пор в об'ект для розробки теорп управлшня ростом пористостi. Однак варто звернути увагу, що зростання системи пор буде також обумовлене силами, котрi протидiють ш. Так, при квазiкрихкому руйнуваннi система пор матиме продовгуватий вид з двома гострими краями, а при в'язкому руйнуван-
ш (в пластичних матерiалах) — форму витягнутого елшсу з спiввiдношенням радiусiв 2 : 1 [4].
Варто зазначити що енерпя, яку необхщно затратити системi nip для поглинання пори, зпдно [8] збiгаeться з енерпею довговiчностi матеpiалy
5. Дослщження швидкост поро-виникнення
Так як число атомiв при поpо-виникненнi не змь нюеться, а вiдбуваeться лише ix перегруповування, то згiдно юнетичного закону дiючиx мас швидкiсть по-ро-виникнення можна записати у виглядк
Wo =
(2)
j=1
де m — кiлькiсть газiв, яю беруть участь у поро-виник-неннг, Wj — швидкiсть виникнення молекули газу:
j=K Пс
(3)
де с — концентращя часток, котрi беруть участь у виник-неннi газу; п — порядок реакцii за речовиною I, ствпадае з вiдповiдним стехюметричним коефiцiентом.
Звiдси випливае, що причиною поро-виникнення повинна служити молекула або атом, який знаходиться в шшш порi (зародок). При ввдсутносп молекул або газу в порах з дiаметром пори бшьшим, нiж довжина вiльного пробку молекул, всередиш пори був би аб-солютний тиск наближений до нуля.
Константу рiвноваги можна розписати за законом Аррешуса:
K = K0 ■ exp
Ea R T
(4)
де К0 — предекспонента;£а — енергiя активацii; R — ушверсальна газова постiйна; Т — температура.
За аналопею з хiмiчними реакцiями, предекспонен-цiальний множник К0 характеризуе повну юльюсть за-родюв пор i е функцiею тиску i температури.
Тут енергiя активацп Еа — це потенцiйний бар'ер, який необхвдно подолати для розриву мiжмолекуляр-них зв'язкiв або деформацшних зсувiв при об'еднан-нi пор. У даному випадку будемо називати енерпю активацп — необхвдною вшьною енергiею. Вона буде залежати ввд в'язкостi матерiалу, полiв напруги i зо-внiшнього тиску.
Енергiю активацп i предекспоненту можна визначити з юнетичних дослiдiв, побудувавши залежнiсть К(Т) в логарифмiчних координатах lg К +1/Т. При цьому графiк функцii К(Т) представить собою пряму або юлька прямих, залежно вiд мшливосп генезису поро-виникнення. Кут нахилу дано! прямо! до оа абсцис визначить значення енергп активацГ! Еа, а вiдрiзок, що вiдсiкаеться прямою на оа ординат — значення пре-декспоненти К0 [9].
Змшу концентрацГ! центрiв пор можна також пред-ставити наступною залежнiстю:
dn
dT = wo + fn _ gn,
(5)
dn
-:— = W0 + ШП.
a t
dn d t
= wo = X
j=1
K j exp
F
aj
RT
П с
w0 = Ko ■ exp
Ea R^ T
w0 = Ko ■ exp
Ea R^ T
■Co
1 _ k хяфк
—:—e +1 k
no (t) = no (To) + Ko ■exp
Ea RT
де wo — швидкiсть зародження пор; f — константа швид-кост виникнення пор; g — константа виродження пор. Позначив f _ g = j отримаемо:
х Co
1 _ k T
—r—\ e D d t + (t_to )
(1Ö)
(6)
Якщо j<o, то dn/d T^ö i швидюсть росту центрiв поро-виникнення зменшуеться, якщо j > o, то вщповщно швидкiсть росту центрiв поро-виникнення збшьшуеть-ся i лопчно припустити, що росте i швидюсть росту пор. Це означае, що шнуе таке значення j, при якому швидюсть росту пор досягае свого критичного моменту i виникае руйнування (розрив) матерiалу.
Швидюсть зародження пор можна описати як суму швидкостей утворення газiв, яю в свою чергу тдпо-рядковуються закону Аррешуса.
Пiдсумкове рiвняння для швидкостi зародження пор можна розписати у виглядк
де w,!^ — швидкiсть фронту кристалiзацiï, яка залежить вщ градiенту температур; k — коефщент розподiлу домь шок (дорiвнюе вiдношенню розчинностi газу в твердш фазi до розчинностi газу в рщюй фазi); D — коефщент дифузп, в даному випадку приймаеться постшною величиною.
Якщо xo = o, no (to ) = o, To = o, тобто початок координат знаходиться в момент часу нульово! концентрацiï центрiв поро-виникнення, а швидкiсть руху фронту кристалiзацiï постiйна, то:
no (t) = Ko ■exp
Ea
RT
■Co
D (1 _ k)
t ——-—tt1- ■ e
k
'фк
(11)
(7)
Енергiя активацп при зародженш осередкiв пор, тобто для швидкост зародження пор, буде залежати вщ генезису поро-виникнення. При кристалiзацiï це енергiя вiдриву молекул газу вщ молекул рiдини. При спученш матерiалу енергiя активацп являе собою енерпю, яку необхiдно затратити для одержання молекул газу, тобто дорiвнюе величиш енергп активацп молекулярноï реакцп (е довiдковими даними). При деструкцп матерiалу це енерпя, яку необхiдно прикласти для руйнування структури матерiалу
Розглянемо окремi випадки генезису пор. При кристалiзацiï, з допущенням, що з сумiшi вщ-буваеться витiснення тiльки молекул одного газу:
Але для використання даноï формули, на не'1 необхщ-но накласти обмеження с < cxmax (концентрацiя часток не перевищуе максимально можливу концентращю роз-чинностi газу в рщюй сумiшi). При с = сж max + Ас, Ас ^ o виникае утворення пори no (t) = no (t) +1 та зменшення концентрацiï газу до значення Ас.
Для утворення пор шляхом виникнення газу внас-лщок бiнарноï хiмiчноï реакцп швидкiсть народження пор i юльюсть центрiв поро-виникнення дорiвнюватиме:
wo = Ko j -exp
E
aj
R^ T
с§ с§
no (t) = no (To ) + J Ko j (t) ■ exp
R-T (t
(12)
с?(т)с| (T)dt, (13)
(8)
де с — концентращя газу перед фронтом кристалiзацii, котра залежить вiд координати ^ вiдповiдно, вiд швид-косп фронту кристалiзацii.
Пiдставивши рiвняння для визначення концентрацп газу перед фронтом кристалiзацii, одержимо рiвняння для визначення швидкосп народження пор:
де § — порядок реакцп за речовиною, ствпадае з вщ-повiдним стехюметричним коефiцiентом; с! i с2 — концентрацп першого та другого компоненту, котрi беруть участь в реакцп виникнення газу; Eaj — енерпя розриву хiмiчних зв'язюв.
Варто звернути увагу, що при даному генезис пор предекспонента залежить вщ часу, так як вона е функ-щею температури.
При спученш сумiшi водяними парами, що знахо-дяться в сумiшi у виглядi зовнiшньоï вологи, енергiя активацп буде дорiвнювати кiлькостi тепла необхщ-ного для утворення 1 моля води в парi (з рiвняння Клапейрона-Клаузiуса). Швидкiсть поро-виникнення буде мати вигляд:
(9)
wo = Ko j -exp
, ,dP
M (ара _ »ж ))
R
сн2о,
(14)
а враховуючи iзотермiчнiсть кристалiзацil, кiлькiсть центрiв поро-виникнення можна знайти з наступного рiвняння:
де v — питомий об'ем при данш температурi.
Швидюсть реакцп можна отримати, задовольняючи вимогу n = o при T = o [1o]:
х
T
o
* - j (--1,
де у — цiле число порядку одинищ, показуючи, скiльки молекул юнцевого продукту виникае в результатi вступу в реакщю одного активного центру.
Необхщно врахувати, що навiть при dn|dт<0 швид-кiсть росту пор може бути позитивною. Отже, збшьшення пористост складатиметься з швидкост утворення пор i швидкостi 1х росту МТу.
Швидкiсть росту пор дорiвнюе:
dV
*V - -Ж,
отже можна записати:
Wy -
dL
рвнеш—T
де dL — робота, котра виконуеться порою;рвнеш — зо-внiшнiй тиск (при квазктатичному процесi дорiвнюе тиску в пор^.
Вважаючи процес рiвноважним, можна записати:
Wy -
1
nkT
TdS dU
d T d T
незису, було визначено, що велика швидюсть фронту
(15) кристалiзацiï призводить до збшьшення товщини шару газу перед фронтом кристалiзацiï, що веде до збшьшення концентрацп газу i як наслдок до збiльшення можли-востi утворення пор бiльших розмiрiв. За рахунок пор, якi утворилися за фронтом кристалiзацiï, знижуеться концентращя газiв перед фронтом кристалiзацiï i йде повторне збшьшення концентрацп газу в чась У вих перерахованих випадках дифузшного генезису найбшьш вщкритим питанням залишаеться мiсце зародження пори i швидюсть ïï зростання. Також було визначено, що утворення пористост при кристалiзацiï створюе гарш умови для дифузiйного поро-виникнення. Так, майже вс розплави насичуються газами з навколишнього середови-
(16) ща внаслщок дифузп, механiчного захоплення газу або хiмiчноï взаемодп розплаву з навколиштм середовищем.
Було дослiджено швидкiсть поро-виникнення. По-будовано схематичну залежнiсть юлькосп центрiв по-ро-виникнення n i швидкосп росту пор W вщ темпе-ратури Т. Згiдно отриманоï залежностi, було зроблено
(17) висновок, що до певного моменту зростае як юльюсть пор, так i самi пори, проте в деякий момент подальше зростання пор за рахунок розтягування внутрiшньоï поверхт пори вже неможливе i юльюсть пор дорiвнюе своему максимально можливому значенню. Подальше зростання пор здшснюеться за рахунок поглинання одних пор шшими, i так до максимально можливого свого значення, тсля якого вщбуваеться руйнування матерiалу Було отримано рiвняння, котре дозволяе
(18) розрахувати швидюсть росту пор (19).
де k — постшна Больцмана;п — концентращя молекул газу.
Wy —
1 ( dH dG dU Л
nkT d t dT d t
(19)
де H — ентропiя; G — енерпя Пббса.
Як випливае з даного рiвняння, швидкiсть росту пори тим бшьше, чим менше змiна енергп Гiббса. При iзотермiчному процесi можна записати:
1
AS AQ
V (T)-V (to )-nkT (AH-AG )-nk - nkT ■
nk nkT '
(20)
Дана формула дозволяе за експериментальними зна-ченнями змши об'ему i при знанш концентрацп газу в порi визначити змiну енергп Гiббса, а значить визна-чити хiд протжання реакцп всерединi пори (якщо така шнуе), або при знаннi теплового потоку i рiзницi обсягiв визначити концентращю молекул в порi i вщстежити '¿х змiну у час! Знаючи змiну концентрацп молекул усередиш пори можна побудувати механiзм росту пори.
6. Обговорення результат1в теоретичного дослщження
Було класифжовано методи виникнення пор. Досль джено процеси дифузшного генезису пор та генезису деструкцп. Розглянувши рiвняння концентрацп на ру-хомому фронтi кристалiзацiï (1), для дифузшного ге-
7. Висновки
Одшею з ключових цiлей дано1 роботи, було ство-рення класифiкацii методiв виникнення пор, якi, у по-дальшому, слугуватимуть фундаментом для експери-ментальних дослiджень. I ця цшь була у повнiй мiрi досягнута.
1ншою ж метою було дослiдити швидюсть поро-ви-никнення. Що i було з устхом зроблено. Завдяки отри-манiй формулi (19), котра дозволяе розрахувати швидюсть поро-виникнення, можна зовам шакше поглянути на проблему вдосконалення пористость Таке рiвняння дозволить керувати структурою пористих матерiалiв.
Литература
1. Павлюкевич, Н. В. Тепломассообмен ММФ-2000 [Текст]. Т. 8. Тепломассообмен в капиллярно-пористых телах / ред. Н. В. Павлюкевич и др.; НАН Беларуси, АНК «Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова» // IV Минский международный форум «Массоперенос MIF-2000», 22-26 мая 2000 г. — Минск, 2000. — 226 с. — ISBN 985-6456-11-8.
2. Шпак, А. П. Кластерные и наноструктурные материалы [Текст]. Т. 3. Пористость как особое состояние самоорганизованной структуры в твердотельных материалах / А. П. Шпак, П. Г. Черемской, Ю. А. Куницкий, О. В. Соболь. — К.: ВД «Академпериодика», 2005. — 516 с. — ISBN 966-360-029-2.
3. Чудновский, А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов [Текст] / А. Ф. Чудновский. — М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962. — 456 с.
4. Чейлытко, А. А. Исследование влияния пор на теплопроводность материалов [Текст] / А. А. Чейлытко // Технологический аудит и резервы производства. — 2013. — № 2/2(10). — С. 14-17. — Режим доступа: \www/URL: http://journals. uran.ua/tarp/article/view/12964
5. Чейлытко, А. А. Экспериментальные исследования теплофизи-ческих характеристик пористого дисперсного материала в зависимости от различных режимов термообработки [Текст] / А. А. Чейлытко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2009. — № 5/6(41). — С. 4-7.
6. Карнаухов, А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов [Текст] / А. П. Карнаухов. — Новосибирск: Наука, 1999. — 470 с.
7. Третьяков, А. Ф. Пористость материалов на основе тканых сеток [Текст] / А. Ф. Третьяков // Порошковая металлургия. — 1986. — № 8. — С. 70-75.
8. Чейлитко, А. О. Розробка теоретичних та технолопчних основ теплово! обробки вологих дисперсних матер1ал1в у вихро-вих апаратах [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / А. О. Чейлитко. — Харюв: 1нститут проблем машинобудування 1м. А. М. Шдгорного НАН Украши, 2011. — С. 145.
9. Фримантл, М. Химия в действии [Текст]: пер. с англ.; в 2-х ч. / М. Фримантл. — М.: Мир, 1998. — Ч. 1. — 528 с.
10. Зельдович, Я. Б. Теория горения и детонации [Текст] / Я. Б. Зельдович. — М.: Изд-во АН СССР, 1944. — 71 с.
ЗАРОЖДЕНИЕ ПОР И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА
Исследовано зарождение пор и проанализированы теории пористости. Предоставлена информация о влиянии пор на
свойства материала. Рассмотрены модели, которые описывают сложные пористые структуры. Проанализирован механизм развития пор. Классифицирован генезис пор. Рассмотрены диффузионный генезис и генезис деструкции. Установлена зависимость количества центров порообразования и скорости роста пор от температуры.
Ключевые слова: поры, генезис пор, пористая система, диффузионный генезис, генезис деструкции, скорость порообразования.
Чейлитко Андрт Олександрович, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра теплоенергетики, 3anopi3bKa державна тже-нерна академiя, Украта, e-mail: cheylitko@yandex.ua.
Чейлытко Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент, кафедра теплоэнергетики, Запорожская государственная инженерная академия, Украина.
Cheylyitko Andrey, Zaporizhia State Engineering Academy, Ukraine, e-mail: cheylitko@yandex.ua
УДК 621.371:621.311.4
001: 10.15587/2312-8372.2015.49134 • • „___ • •
ВИЗНАЧЕННЯ БАЗОВО1 (ОПТОВОМ ЩНИ НА ЕЛЕКТРОЕНЕРГ1Ю ДЛЯ ПРОМИСЛОВИХ СПОЖИВАЧ1В
Спираючись на фгзику нормального режиму роботи електропередачг у статтг пропонуеться новий науково обгрунтований тдх1д до визначення базовог (оптовог) цти на електроенергт для промысловых I доргвнених до них споживач1в.
Ключовi слова: електроенерггя, електропостачання, активна потужтсть,реактивна потужтсть, повна потужтсть, оптова цта на електроенергт.
Дорошенко О. I., Романюк О. В., Песков С. А., Борисенко С. О.
1. Вступ
Як ввдомо з [1], електроенерпя як фiзичне яви-ще, е енерпею поляризацп дiелектричного середовища електроенергетично! системи (ЕЕС), що оточуе ус !! струмоведучi частини (тобто, енерпею електромагшт-ного поля системи).
Очевидно, що як товарна продукщя ЕЕС, електроенерпя е роботою, яку виконують генератори !! електро-станцш для створення рiзницi потенцiалiв на сво!х затискачах (напруги), яку електропередавальш орга-шзацп (ЕО), за допомогою сво!х електричних мереж, постачають споживачам електроенергп. Таким чином, напругу можна вважати потенцшною формою електроенергп, уа. показники якосп яко! визначаються на державному рiвнi за допомогою [2].
Як вщомо, сучаст електроенергетичт системи (ЕЕС) е великими за розмiрами i потужтстю та складними за технолопею !х процеав. Безумовно, це системи юберне-тичного типу з уама специфiчними властивостями, не врахування яких суттево впливае на стратепю !х розвитку i функцюнування [3]: «.Недоучет возможностей и особенностей электроэнергетики как большой системы приводит к ошибочным суждениям и серьезным просчетам.».
Так, наприклад, сучасне орiентування на структурно-економiчне проектування в умовах ринкових вщносин в електроенергетищ призвело до ситуацп в питаннях компенсацп реактивного навантаження електроенерге-тичних систем, коли виробники, постачальники i спо-живачi електрично! енергп (ЕЕ) розглядають його зi сво!х власних позицш [4]. При цьому дискутуеться питання про плату за «реактивну електроенерпю» без узгодженого розумшня !! фiзичноi сутносп, яке в нор-мативних документах ввдсутне [5].
2. Аналiз лгсературних даних та постановка проблеми
За визначенням [6]: «.Системность, как необходимое качество методических документов, предполагает внутреннее понятие технологичности положений, когда обеспечивается документальная достоверность информационного поля, когда имеется юридически-правовая возможность управляющих воздействий, когда существует аппарат контроля реализации решений и, наконец, функционирует профессионально подготовленный персонал, для которого исключена (минимизирована) возможность «субъективного фактора».».
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 5/1(25], 2015, © Дорошенко О. I., Романюк О. В.,
Песков С. А., Борисенко С. О.
