Устройство для исследования потоков среды

 

Устройство относится к лабораторной технике для исследования гидродинамических параметров и свойств двухфазных потоков и может быть использовано для изучения комплекса свойств двухфазного потока, преимущественно с устойчивой пенной структурой . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратности, дисперсности и реологических свойств двухфазных потоков. Устройство для измерения параметров двухфазных потоков с устойчивой пенной структурой состоит из коллектора , к которому присоединены входы измерительных трубопроводов одинаковой длины и с различными внутренними диаметрами, причем внутренняя поверхность имеет поперечные ребра с шагом и глубиной, превышающими максимальный размер пузырьков пены. К коллектору подсоединен пеногенератор, конструкция которого позволяет генерировать пены различной дисперсности и кратности. В измерительных трубопроводах установлены датчики перепада давления и датчики измерения кратности и дисперсности. На выходе из измерительных трубопроводов установлены трехходовые краны, одни выходы которых соединяют измерительные трубопроводы с пеногасителем, а другие - с приемным баком. Приемный бак соединяется с измерительным баком . Для возврата жидкости на вход пеногенератора устройство содержит насос. 3 ил. i (Л Ivd 00 СО 05

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН,.SUÄÄ 1283617 А 1 (59 4 С 01 И 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОИГФ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3892610/31-25 (22) 26.04.85 (46) 15.01.87. Бюл. N- 2 (71) Московский институт химического машиностроения и Новосибирский государственный университет им.Ленинского комсомола (72) Хольгер Мюллер (DD),À.Ã.Âåòîøкин, К.Б.Канн, А.М.Кутепов и В.Н.Феклистов (SU) (53) 532.137(088.8) (56) Канн К.Б., Феклистов В.Н. Определение профиля скорости потока не ньютоновских жидкостей.-ИФЖ,11 -6, т.42, с. 927-930.

Авторское свидетельство СССР

9 547636, кл. G 01 F 1/86, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТОКОВ СРЕДЫ (57) Устройство относится к лабораторной технике для исследования гидродинамических параметров и свойств двухфазных потоков и может быть использовано для изучения комплекса свойств двухфазного потока, преимущественно с устойчивой пенной структурой. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратности, дисперсности и реологических свойств двухфазных потоков.

Устройство для измерения параметров двухфазных потоков с устойчивой пенной структурой состоит из коллектора, к которому присоединены входы измерительных трубопроводов одинаковой длины и с различными внутренними диаметрами, причем внутренняя поверхность имеет поперечные ребра с шагом и глубиной, превышающими максимальный размер пузырьков пены. К коллектору подсоединен пеногенератор; конструкция которого позволяет генерировать пены различной дисперсности и кратности. В измерительных трубопроводах установлены датчики перепада давления и датчики измерения кратности и дисперсности. На выходе из измерительных трубопроводов установлены трехходовые краны, одни выходы которых соединяют измерительные трубопроводы с пеногасителем, а другие — с приемным баком. Приемный бак соединяется с измерительным баком. Для возврата жидкости на вход пеногенератора устройство содержит насос. 3 ил.

1283617

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям параметров двухфазных газожид" костных потоков, и может быть использовано для оценки оптимальных режимов работы пеногенераторов при

I пенном пожаротушении, теплоизоляции пенопластами грунта и строительных конструкций, утеплении пенопластами буртов сепьхозпродукции.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратности,,дисперсности и реологических свойств двухфазных потоков.

Принцип работы устройства основан на том, что при одном и том же продольном градиенте давления параметры реологически сложной среды на внутренней поверхности измерительных трубопровов меньшего сечения идентичны параметрам в цилиндрическом слое того же диаметра в измерительном трубопроводе большего сечения, Это позволяет установить распределение параметров по сечению потока в цилиндрической трубе, не вводя в поток какие-либо датчики, которые в случае измерений в потоке пены непременно вносят искажение в параметры.. течения. Для этого достаточно сделать измерения на стенках нескольких трубопроводов меньшего диаметра.При этом необходимо выполнение двух условий: постоянство продольного градиента давления во всех измерительных трубопроводах и отсутствие проскальзывания у стенок трубопроводов.

Выполнение первого условия в предлагаемом устройстве обеспечивается наличием коллектора и одинаковой длиной всех измерительных трубо проводов.

Для выполнения второго условия внутренняя поверхность измерительных трубопроводов имеет поперечные ребра с размерами, превышающими размер пузырьков пены.

На фиг. 1 представлено устройство, общая схема, на фи . 2 — внутреняя поверхность трубопроводов (узе?? Т на фиг. 1); на фиг. 3 измерительная ячейка для определения кратности и дисперсности (узел ХХ на фиг. 1).

Устройство для измерения параметров ??отоков преимущественно двух фазных потоков с пенной структурой, состоит из коллектора l к которому присоединены входы измерительных трубопроводов 2 одинаковой длиной с различными внутренними диаметрами, причем внутренняя поверхность имеет поперечные ребра 3 с шагом t u глубиной h, соизмеримыми с максимальным размером пузырьков пены. К входу коллектора l подсоединен пеногенератор 4, конструкция которого позволяет генерировать пены различной дисперсности и кратности.

К измерительным трубопроводам присоединены датчики 5 измерения перепада давления и измерительные ячейки 6 кратности и дисперсности с вмонтированными заподлицо в стенки электродами 7.Стенки ячеек 6 выполнены прозрачными. Для отбора пены

20 из измерительных трубопроводов имеется поршенек 8 с тягой 9.

На выходе измерительных трубопроводов установлены трехходовые краны 10, один ход которых соединяет измерительные трубопроводы с пеногасителем 11 для разрушения пены струей сжатого воздуха из сопла 12, а другой ход — с приемным баком 13.

На крыше приемного бака 13 установлены кран 14 подачи воды, кран 15 для соединения с атмосферой, кран l6 на воздушной линии, а кран 17 для слива воды уста??овген внизу бака. Приемный бак 13 соединяется с

35 измерительным баком 18 воздушной линией 19. Измерительный бак l8 с открытым внизу сечением устанавливается в вспомогательный бак 20. Измерительный и вспомогательный баки снабжены кранами 21 и 22. Насос 23 используется для возврата жидкости. из пеногасителя 11 в пеногенератор 4. 5 Устройство для измерения потоков, преимущественно двухфазных потоков с пенной структурой, работает следующим образом.

Перед началом работы приемный бак 0 .13 через кран 14 подачи воды промывается водой от остатков пены. При этом вода сливается через открытый кран 17 слива воды, после чего краны закрываются. При закрытых кранах

16 и 21 и открытом кране 22 вс??омогательный бак 20 наполняется водой.

Одновременно вода, поступая через нижнее открытое сечение, заполняет измерительный бак l8. Затем кран 22

1283617

Пена, поступившая в пеногаситель

11, разрушается струей сжатого воздуха, поступающего через сопло 12, при этом жидкость стекает вниз и насосом 23 перекачивается на вход пеногасителя 4, а воздух выходит в атмосферу.

Таким образом, предлагаемое уст- ройство позволяет„проделав измерения на нескольких измерительных трубопроводах в едином цикле, получить распределение скорости, кратности .и дисперсности двухфазных потоков, преимущественно с пенной структурой, по сечению потока.

55 закрывают, а воду из бака 20 через кран 21 сливают. При этом в оаке 20 устанавливается уровень, лишь на 2-3 мм превышающий уровень нижнего сечения измерительного бака 18. 3атем устанавливают трехходовые краны

10 в положение "Пеногаситель" и включают пеногенератор 4 и пеногаситель 11, т.е. пропускается сжатый воздух через сопло 12. 10

После выхода на установившийся режим открывают кран 16 на воздушной линии и переводят в положение

"Измерение" один из трехходовых кранов 10. При этом пена из соответст- f5 вующего измерительного трубопровода

2 начинает .поступать в приемный бак

13, вытесняя из него воздух в измерительный бак 18. В момент полного опорожнения бака 18 трехходовой

ll кран 10 переводят в положение Пеногаситель".

Время опорожнения измерительного бака 18 фиксируется по секундомеру, что позволяет по известному объему 25 измерительного бака 18 рассчитать расход пены и среднерасходную скорость в измерительном трубопроводе.

Одновременно производят измерение кратности и дисперсности пены. Для этого поршенек 8 измерительной ячейки 6 (фиг. 3) передвигают в крайнее правое положение, заполняя ячейку пеной, Электрическое сопротивление пены заключенной между двумя электродами ячейки, характеризует

Ю кратность, а через прозрачные стенки измерительной ячейки производят микрофотографирование пены для последующего определения дисперсности. 40

Дополнительную информацию для оценки кратности можно получить, взвешивая приемный бак 13 до и после наполнения его пеной.

Наличие коллектора, к которому . подсоединены входы измерительных трубопроводов, дает возможность проведения одновременных измерений во всех трубопроводах. Кроме того,одинаковая длина измерительных трубопроводов, подсоединенных к одному коллектору, способствует созданию одинакового градиента давления во всех трубопроводах, что существенно упрощает обработку результатов измерений с целью получения реологических характеристик пены.

Это следует из существующих реологических методов измерений экспериментальным путем, когда решается обратная задача определения вязкости среды и реологических констант по экспериментальным данным расхода и градиента давления по формуле ldp/dz I R 8

Р= (1--х+

8l FAIR .V-Q 3

+2х — -х) 3 (dp/dzl — градиент давления;

R — радиус трубопроводов, V — скорость квазитвердого ядра потока пены, Q. . — расход пены; где (здесь R. — радиус квазитвердого ядрапотока пены).

x=R/R

Разные внутренние диаметры измерительных трубопроводов позволяют при одинаковом градиенте давления построить эпюры скорости потока по сечению трубопроводов путем их наложения, что существенно упрощает как проведение измерений, так и процедуру их обработки, поскольку в данном случае отпадает необходимость в использовании сложных методов и дорогостоящей измерительной аппаратуры,например лазерной доплеровской анемометрии.

Наличие на внутренних поверхностях трубопроводов ребер с шагом .и глубиной, превышающих максимальный размер пузырьков пены, исключает пристенное, скольжение пены, которое искажает истинные значения реологических свойств.

Включение в устройство элементов для измерения объемного расхода в каждом трубопроводе позволяет доста1283617 точно точно измерить в каждом случае среднерасходную скорость пены, необходимую для построения эпюры скоростей при одинаковом градиенте давления без привлечения сложной изме5 рительной аппаратуры, что иллюстрируется соотношением

Я

3 . цг

1 1О где Q — расход пены;

V — среднерасходная скорость пены;

R,. — радиус,i-трубопровода.

Наличие на выходе из трубопроводов 15 пеногасителя, снабженного насосом для возврата жидкости на вход пеногенератора, создает замкнутый контур по жидкой фазе, что позволяет проводить непрерывные измерения в эксперимен- 20 тах без дополнительной подачи исходного раствора, тем самым способствуя сохранению постоянных значений физико-химических свойств пены и экономичному использованию раствора„ 25

Формула изобретения

Устройство для исследования потоков среды, содержащее расположенные 30 под одинаковым углом к вертикали трубопроводы разного диаметра, снабженные кранами и встроенными датчиками перепада давления, и приемный бак, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратности, дисперсности и реологических свойств двухфазных потоков, оно дополнительно содержит

I пеногенератор с подсоединенным к

era выходу коллектором, который в свою очередь соединен с входами трубопроводов, пеногаситель, установленный. на выходе трубопроводов, измерительный бак, установленный своим открытым торцом во вспомогательный бак и соединенный с приемным баком, при этом один ход кранов соединяет трубопроводы с пеногасителем, а другой ход - с приемным баком, трубопроводы выполнены одинаковой длины, а их внутренняя поверхность — с поперечными ребрами с шагом и глубиной, соизмеримыми с максимальным размером пузырьков пены, причем на каждом трубопроводе вмонтирована прозрачная ячейка с поршнем и электродами, подсоединенными к кондуктометру.

1283617

l ла/ериултп

М ндндутттометру

Доем

Составитель Г Владимирова

Редактор М, Келемеш Техред В.Кадар Корректор Е. Сирохман

Заказ 7430/40 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие. г. Ужгород, ул. Проектная, 4