Главная  Журналы 

0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8

Л1.6/

d T d T (}a,4 d T (/же

где & - равновесный краевой угол; *д - работа сил адгезии, характеризущая взаимодействие контактлрутаих фаз; (жг- поверхностное натяжение на граНкде раздела жидкость-газ; поверхностное /двумерное/ давление»

При смачивании работа сил адгезии в широком диапазоне изменения температуры почти не изменяется, поэтому приближенно влияние те1гаературы на краевые углы характеризует второй член правой части уравнения /П.6/

--( ) . (гь---) -г-

d т де °° d т d т Оясг

Так как при смачивании поверхностные давления очень малы /15/, то можно считать, что

Ve d т

Поверхностное давление тем выше-, чем больше адсорбция. При нагреве физическая адсорбция уменьшается, поэтому

< о

d COS*

£ > 9» , то есть

Следовательно, можно считать, что -j- при увеличении температуры смачивание улучшается вследствие увеличения десорбции молекул жидкости с поверхности ампулы.

•Таким образом, повышение температуры токопроводящей жидкости уменьшает краевой угол смачивания, что обусловливает изменение площади перекрытия электродов,

Екиш ампулу ШУ, занимащего горизонтальное положение, нагревать локально таким образом, чтобы на одном торце ампулы температура была выше, чем на другом, то газовый пузырек переместится туда, где Tetvineparypa выше. Скорость перемещения зависит от градиента температуры вдоль продольной оси ампулы.. При разности температур торцов ампулы ЭПУ №i-9B, равной 10°С, время перемещения

газового пузырька из нулевого положения к нагретому торцу составляет 12 с, а при разности температур около 50°С это время уменьшается до 0,6 о. При выравнивании температуры жидкости в ампуле пу-ацрек-возвращается в нулевое Положение/5/.

Рассматриваемое перемещение газового пузырька можно объясшть термокапиллярным аффектгав /15/. Так как поверхвостное натяжение в электролите при увеличении,температуры уменьшается, то в этом случае состояние поверхноотного слоя жидаости характеризуется градиентом поверхностного натяжения. Под его действием в поверхностном слое жидкости возникает поток, перемещающий газовый пузнрек. Кроме потока жидкости, обусловленного термокапиллярным эффектом, возникает конвективное движение, также влияющее на равновесное положение газового пузырька.

При работе ЭПУ в системах горизонтальной коррекции гироскопических приборов градиент температуры токопроводящей жидкости вызывается неравенством токов, протекающих через электроды,"и определяется разностью тепловой анергии, выделяемой на электродах, а также условиями теплообмена в ампуле.

Тепловую мощность г , развиваемую в цепи электрода ЗЛУ, moj»-но выразить оледувдей зависимостью:

1 «1 «

(н + в,)"

где 1 , В, - соответственно ток и сопротивление в цепи электрода; U - напряжение питания ЭПУ; в - сопротивление нагрузки. Т!зк как сопротивление ШУ явЗюется функцией угла наклона, то при наклонах ампулы будет изменяться мощность в цепи электродов. На рис. 6 приведена зависимость ? - ? (Н,) , согласно которой максимальное значение мощности будет тогда, когда сопротивление в цепи электрода будет равно сопротивлению нагрузки.

Градиент температур при работе ЭПУ в системе горизонтальной коррекции может вызвать устойчивые автоколебания газового щгзщь-ка. Характерной особенностью этих колебаний является большой период /единицы, секунд/, поэтому их не сглаживает гироскоп.

Механизм автоколебаний довольно прост. При отклонении ЭПУ на небольшой угол от плоскости горизонта пузырек под действием сил . поля тяготения сместится относительно электродов, В результате токи, протекающие через электроны, станут неодинаковыми и нарушат однородность температуррого поля, В.таких условиях проявляются термокапиллярный эффект и конвекция, вызывающие cam, которые че-



рез определенное время начнут перейеиать пузырек к тому электроду, в ойласти которого плотность тока больше. При этом площади перекрытий электродов газовш пузырьком будут выравниваться, разность токов будет уменьшаться и, следовательно, будут уменьшаться гра- • диент температур и силы, обусловленные им. Как только последние станут меньше сил тяготения, пузнрек снова начнет двигаться в первоначальном направлении, что нарушит равновесие токов, и весь процесс повтЬрится сначала.



Рис.6

Рио.7

П.З. Парогазообразование в объеме токопроводящей жидкости при работе ШУ ДВМ и внклотателей

-Одной из причин нарушения работы ЭЙУ являются пузырьки газа, которые образуются под действием электрического тока, внзнваяаего при определенных условиях кипение электролита.

Рассмотрим условия,,при которых происходит вскипание электролита. Обычно считают /Iq7, что б герметичном сосуде, содержащем жидкость и посторонний газ над ней, вскипание невозможно, так как не выполняется необходимое условие вскипания - хголический потенциал газа jU яа поверхности дожен быть меньше химического по-

/ тенциала жидкости JU . Однако это утверждение справедливо толь-, ко в уотановившемся режиме общего нагрева жидкости в замкнутом объеме. В начале нагрева всегда внполнявтоя условие вскипания

\Mt < Jx имеет место ибпарение, которое увеличивает концентрацию пара в газовой среде, так,как объем замкнутый. При этом в соответствии о выражениен До/

JUi (Г .Т) -Ji (J , Т) + ВТ Хв , ,

где (р ,т) - химический потенциал чистого 1 -го газа, -концентрация 1 -го газа в сЫеои, увеличивается химический потенциал пара в газовой смеси до тех пор, пока не станет равным гти~. ческому потенциалу жидкости JU, и кипение прекратится. Очевидно, что равенство • Jmc <5удет выполняться только в установившемся режиме нагрева и испарения, В ШУ такой реким, как правило, не реализуется. При его работе происходит не обший и медленный, а локальный и быстрый негрев жидкости, поскольку плотность тока, протекающего через электролит, сравнительно большая и неравномерно распределена по объему жидкости. Естественно, что наибольших значений плотность том достигает в столбе жидкости между верхним и нижним электродами. И именно в этой области, как показали наблюдения, интенсивность образоваяия пузырьков пара наиболь- шая. Это дает основание предаоложить, Что в ампуле имеет место особый вид кипения - так называемое ненасыщенное, или недогретое кипение. Оно характеризуется тем, что в отличие от слоя, непосредственно примыкающего к нагрвве5»елю, ядро жидкости остается недо- . гретым до температуры кипения

. Мерой недогрева служит разность температур дт " к " о где •- тшшература ядра жидкости.

При незначительных недогревах жидкости локальное кипение мало отличается от кипения насыщенного, например, есл1 ДТ »2°, тс возникающие на поверхности нагревателя пузырьки пара, как и при насыщенном кипении, отрываются, всплывают до верхней границы жид-Кости и лопаются. Когда же температура недогревадостигает 6°, отрывающийся пузырек вследствие конденсации уменьшается в объеме до полного захлопывания, успевая всплыть лишь на небольшую выоо- • ту, • .

Таким образсм, образование пузырьков пара при работе ЭПУ яв- , ляется результатом недогретого кипеяия токопроводшцей жидкости,



а интенсЕвнооть втого процесса зависит от развести температур д.Т. Чем больше эта разность, тем меньше вероятность появления пузырьков в электролитическом преобразователе угла.

• Исключить явления образования пузырьков в оПУ можно двумя путями - подбором электролита с возможно более внсокой температурой кипения и увеличением давления во внутренней полости ампулы, так как механическое равновесие в системе жидкость-газовый пузырек обеспечивается при равенстве + Pg • , где Р,

давление пара и газа в пузырьке соответственно, - давление

электролита.

Отметим, что начальное давление в полости ампулы определяется внешними условиями, при которых ампула заполняется токопроводяшей жидкостью. Естественные колебания температуры окружающей среды и атмосферного давления могут привести к тому, что давление в газовой полости ЭПУ, изготовленных в разное время, будет разное. При одном и том же значении электрического тока /следовательно, и одинаковой температуре локального нагрева токопроводящей жидкости/ условия для недогретого кипения будут более благрприягнши Ь ЭПУ, заполненном при понижением атмосферном давлении и повышенной температуре окружащей среды, так как разность дт в этом случае будет мьчьше.

Как показывает опыт эксплуатации ЭПУ, со временем интенсивность образования пузырьков уменьшается. Объясняется это тем, что растет давление во внутренней полости ампулы. Проведенные нами эксперименты позволяют утверждать, что причиной- этого роста является электролиз токопроводящей жидкости. В электролитических преобразователях типа ДШ-9Б, ВКЖ в качестве электролита используется 3$?-ный раствор хлористого лития в метилловом спирте, а электроды выполнены из платины. Такие электроды химически инертны по отношению к электролигу. Их участие в процессе электролиза сводится к тому, что они либо отдают электроны ионам раствора, либо отщепляют их от ионов, находящихся в растворе. При этом на аноде происходит окисление хЛсра: гс!" - гв -oi, который растворяется в токопроводящей жидкости. На катоде восстанавливается литий: 1.1"+ в • Ll . Так как литий очень активен, в прикатодной области будет происходить реакция

2CHjOH + 21,1 - acHjOLl + Hg t ,

ведущая к образованию водорода. Выделение водорода повышает давление во внутренней полости ЭПУ.

Согласао первому закону Фарадёя масса выделившегося в результате влекгролиза водорода пропбрриональна силе тока 1. и времени t его протекания через электролит; к • к 1 t , где к зч I«О,45.10" кг/Кл - алектрохимичеекий эквивалент водорода. Объем выделившегося газа определяется из соотношения

где f> - 0,0899 кг/м . .

При этом давление г во внутренней полости ЭПУ после прохождения постоянного тока через гокопроводяшую жидкость равно

- начальное давление во внутренней полости; - давление

vgB ~ объем газовой пооости

водорода при нормальных условиях;

в ампуле. * ,

Как показывает опыт, с ростом давления замедляется процесс газообразования в электролите. Полное прекращение "пузырения" f испытуемых преобразователях наблвдается при давлении в газовса» пувырьке Р - /1,8-2,5/.10 Па-.

Температура кипения электролита при этом повышается на 12 -20°С /3/. .•

Следует сгмегить, что крагковремешюв /10-15 мин/ протекание постоянного тока 15 мА заметного влшнйя на электрические параметры ЭПУ не оказывает. -

П.4. Электрический ток в газовом пузырьке ЭПУ

"Опыт эксплуатащш ШУ типа ИМ и ВКЖ показал, что существенное влияние на их рабочие характеристики сказывает электрический ток, протекающий через электрод, находящийся в газовой полости /этот ток называют "нулевым"/. В настоящее время причины, внзы-ващие ток в газовой полости электролитических преобразователей, изучены мало, и в специальной литературе это явление не отражено.

Газовая полость в ампуле содержит парн электролита, поэтому естественно предположить, что на внутренней стенке ампулы образуется пленка конденсата, ссединящая поверхнсоть электролита с электродом.

Согласно закону Ома плотность тока i , протекающего в пленке конденсата, можно представить в виде





0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8