Способ исследования пристенных характеристик турбулентного потока жидкости

 

Изобретение относится к гидродинамическим измерениям и предназначено для регистрации пристенных пульсационных характеристик турбулентных потоков. Целью изобретения является повоышение точности за счет измерения и учета пульсаций нормального к твердой поверхности градиента давления. О пристенных характеристиках турбулентного потока жидкости судят по соотношению амплитуд спектров пульсаций предельного тока, измеренных на каждом из электродов, число не менее трех, а длина вдоль потока одного из электродов превышает толщину вязкого подслоя не менее чем в двадцать пять раз. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 С 01 Р 5 00

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4279912/24-10 (22) 07.07.87 (46) 23.02.90. Бюл, Ф 7 (71) Институт электрохимии им. А.Н.Фрумкина (72) Б.M. Графов, С.A.Ìàðòåìüÿíîâ, Н.В.Петровский, Л.А.Соколов и Т.Н.Хомченко (53) 532. 574(088.8) (56) Mitchell l., Hanratty Т.

J. Fluid Mech. 1966, 26, 199. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИ11 ПРИСТЕНН1!Х

ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА

ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к гидроИзобретение относится к области гидродинамических измерений и предназначено для регистрации пристенных пульсационных характеристик турбулентных потоков.

Цель изобретения — повышение точности измерения спектра пульсации: напряжения вязкого трения и расширение области применения за счет воэможности измерения спектра пульсаций перпендикулярного к твердой поверхности градиента давления, На чертеже приведены. результаты измерений амплитуд спектра пульсаций тока для низкочастотной части кривых.

Пересчет измеренных спектров пульсаций тока к спектрам гидродинамических характеристик производится по формуле, которая обобщает формулу: динамическим измерениям и предназначено для регистрации пристенных пульсационных характеристик турбулентных потоков. Целью изобретения является повьппение точности эа счет измерения и учета пульсаций нормального к твердой поверхности градиента давления. О пристенных характеристиках турбулентного потока жидкости судят по соотношению амплитуд спектров пульсаций предельного тока, измеренных на каждом из электродов, число которых не менее трех, а длина вдоль потока одного из электродов превышает толщину вязкого подслоя не менее, чем в двадцать пять раз. 1 ил.

С::

S,(и,L) 1 SÑ(è) 1 L Sv (и)

1 9 % 100 " и

1 ).0 и} (1)

1пнй

15 0 вДь где $, ((()) — спектр пульсаций нормального градиента давления, $ „ (ю) — взаимный спектр пульса-1 (, 1)P ций трения и градиента Фе1 давления.

Имея резуль1аты измерений спектров пульсаций тока на трех электродах, различной протяженности L, полученные в одинаковых гидродинамических условиях, и используя формулу (1). составляют систему трех линейных уравнений, решение которой позволяет определить три искомые неизвестные: спектр пульсаций напряжения вязког(-.трения $ (ы), спектр пульсаций нормального к поверхности градиента дав— 12 2/2

= 23,4 10 см. ления $„ (м), а также взаимный спектр пульсаций трения и градиента давления 8,(со).

Возможность, определения по результатам измерений спектров пульсаций тока как спектра пульсаций трения, так и спектра пульсаций градиента давления связана с тем„ что относительный вклад в пульсации тока от пульсаций градиента давления увеличивается по мере увеличения протяженности электрода вдоль потока L. Так как длина измерительного электрода должна удовлетворять условию малости по сравнению с длиной стабилизации турбулентного диффузионного слоя:

| а< L>Ä, то критерием эффективности предлагаемого способа фактически служит соотношение длины входного участка 1. „ и длины L, "характерного электрода" для которого вклад в пульсации тока от пульсаций трения примерно равен вкладу от пульсаций ! градиента давления. 25

Метод. будет эффективным, если L меньше длины стабилизации турбулентного диффузионного слоя I. „ не менее, чем в двадцать пять раз. Используя формулу {1), можно показать, что: де У 2) 2/2 = 10(д 2) "/2 (О 12) 1/ .,72 ч х и (О Ä ) 2/2 — величины продольной и нормальной составляющей пульсационной скорости на внешней границе вязкого подслоя, В реальных условиях l 5001, т.е. L примерно на полтора порядка меньше 1 ц„.

Пример. Измерения пульсационных характеристик проводят в проточной электрохимической ячейке, представляющей собой канал с проходным

45 сечением прямоугольной формы размером

0,7 х 0.,12 см, сделанный из Органического стекла. Электролитом служит водный раствор, содержащий йод и йодистый калий, плотностью у = — 1,23 г/см З, вязкостью = 0,77 х

4 0 см /с и коэффициентом диффузии

D = 1,14 -10 см/с (замеры выполняют

Я при 20 С) . Три измерительных электро ðà (катоды), расположенные заподлицо с твердой стенкой, имеют прямоугольную форму с длиной по потоку соот= ветственно 0,065 » 03 и 0,01 см и ширинОи каждОго из них 0,4 сме ВспОМО-гательным. электродом (анод) служит платиновая сетка с площадью поверх" ности в 100 раз большей катодов, ðàñположенная на выходе из ячейки.

Протекание электролита осуществляется за счет разнесения по высоте двух стеклянных емкостей и дополнительного наддува инертным газом в верхний сосуд.

Измерение спектров пульсаций тока проводят последовательно для каждого электрода при одной и той же температуре электролита и идентичных гид" родинамических условиях (К е " 5600, Р = 220 дин/см ).

Для получения спектральных характеристик пристенных флуктуаций гидродинамической скорости используют ЭВМ

"Искра 226.7", которая позволяет проводить автоматизированную регистрацию и статистическую обработку пульсирующего сигнала. На чертеже изображены нормированные на квадрат ср-: íåão значения спектры пульсаций тока, измеренные на каждом электроде.

Для длины стабилизации турбулентного диффузионного слоя 1. получают:

1 вх (4 D) I ч 500L„

Следовательно, длина даже самого большого электрода в 20 раз меньше длины стабилизации турбулентного диффузионного слоя 1.в

Их

Результаты измерений нормированных на квадрат среднего значения амплитуд спектров пульсаций тока для низкочастотной части кривых, следующие: при длине электродов, 1..10 см, 650, 300 и 100 амплитуды нормированного спектра, Б 10 с, соответственно равны 6,5, 2,6 и 2,0, Как видно, нормированный спектр пульсаций тока существенно зависит От протяженности электрода по потоку.

Обработка экспериментальных данных по предлагаемому способу следующая, В проведенных экспериментах корреляционная длина гидродинамических пульсаций поперек лотока 1. > которая примерно равна 1. 201./, существенно меньше протяженности электрода поперек потока H:

5 1545168

1 1 "- 468 10 см Н = 0,4 см. (3) Составляют систему трех линейных уравнений

9 1 1РР к 15 к з "м э

К 1, 2, 3, (4) где а

1.1 ч

1.1 а т 1, v

1.э аз Z, = 27,8, 12,8;

= 4,3, (z.j

Х == — 1 9 10 с

Sg ?д -т С Н

У

1 (z)

Х = " — =0 8-10 с

2 1 Н

С решение которой позволяет определить амплитуды спектров пульсаций напряжения вязкого трения Х,, нормального градиента давления Х и взаимного спектра Х . умноженные на попереч ную длину корреляции гидродинамических пульсаций 1.

Формула изобретения

Способ исследования пристенных характеристик турбулентного потока жидкости путем измерения спектра пульсаций предельного штока диффузии

1О обратимой электрохимической реакции с помощью электродов, расположенных заподлицо с твердой границей потока, находящихся в одинаковых гидродинамических условиях и имеющих протяжен-!

5 ность IIo K AHeA e e . pas меньшую, чем длина, на которой стабилизируется по толщине диффузионный слой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за

О счет измерения и учета пульсаций нормального к твердой поверхности градиента давления, измерения проводят не менее чем на трех электродах, длина вдоль потока одного из электродов

25 превышает толщину диффузионного слоя не менее чем в двадцать пять раз, а о спектре пульсаций нормального градиента давления судят по соотношению амплитуд спектров пульсаций предель30 ного тока, измеренных на каждом из электродов.