Способ измерения кинетики испарения жидкой капли и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iij99893 I

Союз Советсиих

Социалистических

Ресйубпми (5E ) Дополнительное к авт. с вид-ву (22) За» влено 24.07.8 1 (21) 3 33 1752/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5I)N. Кл.

601 и 27/22

Гааудлрстееввй кам»тет

CCCI

Опубликовано 23.02.83. Бюллетень ¹ 7 (53) УЛК536, 423. 1 (088.8) ае делам »эаарете»»» и атермтяй

Дата опубликования описания 23.02.83

Р-;.

Ф

Ф :.,(С. Г. Скакун и A. М. Ш ффов""- :- ;:;:»

Ф

-,ц З.

4э

Уральский ордена Трудового К 3йсттвга Знамйй государственный университет им. А. N. Горьком (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕТИКИ ИСПАРЕНИЯ ЖИДКОЙ

КАПЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ па j. 1).

Изобретение относится к измерительной пехнике, в частности к исследованию кинетики испарения жидких капель, и может быть использовано в экспериментальных установках по изучению испарения капель чистых жидкостей и растворов, процессов теплообмена в аэродисперсных системах, а также в технологических устройствах для контроля за размером жидких капель в процессах сушки, экстрагирования и т.д.

Известны. способ и устройство исследования кинетики испарения жидкой капли, основаннЫе на измерении линейного размера. калли с помощью измерительного микроскопа. Способ и устройство предусматривают создание в рабочей камере газовой среды с заданными параметрами, размещение калли в фокусе оптической схемы микроскопа, ее освещение и определение

zo линейного размера (высоты) по калибрванной измерительной шкале микроско.Однако описанный способ имеет существенные недостатки: малые быстродействие и точность измерения размера, процесс измерения не поддается автоматизации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ, который предусматривает также формирование в рабочей камере парогазовой среды с заданными параметрами, формирование капли жидкости и размещение ее в фокусе оптической схемы фотоаппарата, освещение капли и,фотографирование через определенные промежутки времени, далее по изготовленным снимкам определение размера капли и вычисление характеристик испарения(2) Устройство, реализующее укаэанный способ, содержит рабочую камеру с системами откачки и напуска газа, систему контроля параметров парогазовой среды.

Камера снабжена оптическими вводами для подсветки и фотографирования капли, 3 9 фотоаппаратом и системой подсветки с тепловым фильтром, который служит для поглощения тепловых лучей подсветки.

Использование подобного устройства определяет наличие оборудования для про явления фотопленки и изготовления отпечатков с изображением капли, измерительного инструмента, оптического или механического, для определения по отпечатку размера капли $2/ .

Недостатками этого способа являются малое быстродействие (от момента съемки до получения характеристик испарения проходит минимум 1,5 ч), трудоемкость процесса измерения, невозможность его .автоматизации. Применение этого способа ведет к уменьшению точности измерения (в лучших образцах погрешность состав- ляет 0,01 мм) линейного размера за счет .размытости границ капли на снимке при неточном расположении ее в фокусе фотоаппарата, к усложнению установки за счет монтажа оптических вводов в рабочую камеру для подсветки и фотографирования. Необходим также монтаж тепловых фильтров на подсветке, чтобы нагрев капли лучами света не влиял на п цесс испарения.

Цель изобретения — повышение эффективности и точности измерения линейного размера жидкой капли, а также обеспечение возможности автоматизации процесса измерения, Поставленная цеш достигается тем, что согласно способу измерения кинетики испарения жидкой капли, основанному на определении изменения линейного размера капли,.помещенной в пррогазовую среду с заданными параметрами, парогазовую среду с заданными параметрами создают между электродами электрического конденсатора, измеряют его емкость, затем на один из электродов помешают капли жидкости, вновь измеряют емкость обра.зованного конденсатора и по разности полученных значений судят о размере капли, а по изменению этой разности во времени - о кинетике испарения.

Устройство для реализации способа, содержащее вакуумную камеру с систе-. мой откачки и напуска газа и системой контроля параметров среды, содержит двухэлектродный плоскостной электрический конденсатор, . включенный в задаюшую, цепь генератора высокочастотных электрических колебаний, выход которого подключен к электронносчетному частотомеру имеющему цифровой выход, при этом один электрод конденсатора выполнен в

98931 4 вцце металлического капилляра на торце которого расположена измеряемая капля, а другой — в виде соосного с капилляром

- металлического диска, причем торец капилляра и поверхность диска расположены в одной плоскости.

На фиг. 1 приведена блок- =хема установки; на фиг. 2 - электрический конденсатор, прямоугольная изометрия.

Устройство содержит двухэлектродный плоскостной конденсатор 1, рабочую камеру 2, генератор 3 высокочастотных электрических колебаний систему 4 откачки и напуска парогазовой среды, систему 5 контроля параметров среды, электронносчетный частотомер 6 с цифровым выходом, металлический капилляр

7, металлический диск 9, измеряемую каплю жидкости 8, изоляционную прокладку 10. . Устройство работает следующим образом.

Плоскостной двухэлектродный электрический конденсатор 1 (фиг. 1) размещен в рабочей камере 2 так, что рабочее пространство камеры расположено между его электродами, и включен в задаюшую цель генератора электрических колебаний 3. С помощью системы 4, соЗО держащей вакуумный насос с ловушкой и баллоны с различными газами, откачивают парогазовую смесь из рабочей камеры и напускают вновь до заданных параметров (температура, давление), которые

ЗЗ контролируются системой 5, содержащей термопару и вакуумметр. Затем измеряется частота генератора 3 с помощью электронносчетного частотомера 6, который включен на выходе генератора и

46 имеет цифровой выход, позволяющий регистрировать автоматически измеряемую частоту. Далее на торце капилляра 7 (фиг. 2) формируют каплю исследуемой жидкости 8, емкость конденсатора, определяющая частоту генератора, будет опре-. деляться уже размерами капли. Электроды конденсатора — капилляр 7 и соосный с -ним металлический диск 9, изолированы электрически друг от друга прокладкой

Ю 10, торец капилляра и поверхность диска расположены в одной плоскости.

Изменение частоты с течением времени испарения регистрируется частотомером. По разности первоначальной частоты у и текущей определяют размер капли, используя градуировочную характеристику.

По изменению разности во времени определяют изменение размера капл ° вассчи% S9893 тывают такие параметры испарения, как скорос;ь коэффициента испарения и т.д.

Пример. Для измерения кинетики испарения капли воды с плоской поверх- ности naroTaannBaIoT плоскостной элек- s трический конденсатор. Одна обкладка конденсатора выполнена в виде капилляра иэ нержавеющей стали Х18Н9Т диаметром

2,016 мм, вторая — в виде диска из стали той же марки диаметром 160 мм. 0

Торец .капилляра, на котором формируют каплю, и яоверхность диска расположены в-одной плоскости. Обкладки электрически изолированы друг от друга с помощью проклацки из тефлона.Конценсатор. 15 включают в задающую цепь генератора электрических колебаний с собственной частотой 10 мГц таким образом, что изменение емкости ведет к изменению частоты генератора. 2О

Конденсатор размещают на нижнем фланце вакуумплотной рабочей камеры объемом 0,022 м, снабженной системой откачки и напуска парогазовой смеси, системой контроля параметров среды..Система откачки и напуска содержит форвакуумный насос BH-2МГ с азотной ловушкой, баллоны с различными газами и систему кранов, обеспечивающих плавную отначку и напуск газа в . 30 камеру. Система контроля содержит и медь-константовую термопару и ампервольтметр" ФЗО для измерения температуры в камере, ртутный вакуумметр для измерения давления;.—

Перед началом измерений из камеры при помощи вакуумного насоса BH-2NI откачивают находящуюся в ней парогазовую смесь и напускают из баллона сухой чистый азот до давления 740 мм рт. ст. Температура в камере, измеренная термопарой, 19,6 С.

Далее измеряют частоту генератора электрических Колебаний с помощью электронносчетного цифрового частотоме- <> ра ЧЗ-34А и формируют на торце капилляра каплю дистиллированной воды. При наличии капли в конденсаторе изменялась его емкость в зависимости от размера капли и изме 1ялась частота генератора колебаний, которая также фиксируется частотомером через определенные промежутки времени.

Электронносчетный частотомер через интерфейс ввода-вывода соединен с

ЭВМ-15ВСМ-5. Информация об измерении с частотомера в цифровом виде поступает в память ЭВМ и по мере накопления обрабатывается по заданной программе.

1 4

По разностям первоначальной и теку- щих частот, используя градуировочную характеристику, определяют размер капли через определенные промежутки времени (высота капли 4 ) . .Градуировочная характеристика имеет вид

h4 2,2429 М + 4,1500Ь где hf разность частот без капли в конденсаторе и с каплей кГц; - высота келли, мм.

В эксперименте время между измерениями равно 0,1 с. Погрешность измерения 0,004 мм (среднеквадратичное отклонение).

Зная изменение размера с течением времени, определяют характеристики испарения по формулам, которые описывают данную экспериментальную ситуацию (скорость, коэффициент испарения).

Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства для его ,осуществления позволяет значительно по высить эффективность исследования про.цессов испарения жидких капель за счет повышения быстродействия измерительной системы (10 измерений за 1 с и более, в то время как известный способ требу ет 1,5 ч для получения результата), .увеличить точность измерения л в 2,5 раза по сравнению с известным способом (погрешность измерения уменьшается до

0,004 мм). Применение способа и устройства позволит полностью автоматизировать процесс измерения и рбработки экспериментальных данных, так.как частота электрических колебаний генератора, несущая информацию о размере капли, об изменении размера, автоматически может измеряться частотомером и в цифровом виде либо регистрироваться автоматически на бумаге, либо непосредственно передаваться в память ЭВМ.

Кроме того, значительно упрощается конструкция экспериментальной установки за счет исключения необходимости в монтаже оптических вводов подсветки и фотографирования и соответственно тепловых фильтров.

Указанные преимушества позволят применять способ и устройство для исследования процессов темпломассообмена капель различных жидкостей и растворов, особенно быстропротекающих процессов, в аэродисперсных системах. Автоматизация измерения позволит реализовать эффективный контроль эа размером капель в различных технологических устройствах, например химической промышленности.

7 9989

Формула изобретения

1. Способ измерения кинетики испарения жидкой капли, основанный на определении изменения линейного размера капли, помещенной в парогазовую среду с заданными параметрами, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения эффективности и точности измерения линейного размера капли, а также обеспе- 16 чения возможности автоматизации процес-. са измерения, парогазовую среду с заданными параметрами создают между электродами электрического конденсатора, измеряют его емкость, затем на один из электродов помешают каплю жидкости, вновь измеряют емкость образованного конденсатора и по разности полученных значений судят о линейном размере капли, а по изменению этой разности во времени -- 2О о кинатике испарения.

2. Устройство для реализации способа, содержащее вакуумную камеру с системой откачки и напуска газа и системой контроля параметров среды, о т л и— . ч а ю ш е е с я тем, что, оно содержит

31 8 двухэлектродный плоскостной электричес-, кий конденсатор, включенный в задающую цепь генератора высокочастотных электрических колебаний, выход которого подключен к электронносчетному частотомеру, имеющему цифровой выход, при этом один электрод конденсатора выполнен в виде металлического капилляра, на торце которого расположена измеряемая капля, а другой - в виде соосного с капилляром металлического диска, причем торец капилляра в поверхность диска расположены в одной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дунский В. Ф., Яиков Ю. В. Nepленное испарение капель раствора.—

Инженерофиэический i журнал, т. ХХХХУ, 1978э № 2. с- 205-21 1

2. Шиманский Ю. И. и др. Экспериментальное исследование скорости испарения капель воды в атмосфере воздуха и углекислого газа в условиях термостатирования поверхности капли. — Украинский физический журнал, т. 17, 1972, ¹ 9, с. 1528-1534 (прототип).

998931

Составитель В. Гусева

Редактор С. Патрушева Техред М.Гергель Корректор О. Билак.

Заказ 1145/66 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4