Способ исследования турболентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе

0 П И С А Н И Е 11 и 600449ИЗОБВЕТЕН И ЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51) М. присоединением заявки Государственнын комите Совета Министров СССР(45) Дата опубликования описания 11.04.78 оЗ) ДК э 32.э(4(088. о де нэобретен ткрытни(71) Заявитель А. И, Жерновой и А. Е. Кокни нинградский ордена Трудового Красного Знамени технологически институт им. ЛенсоветаОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ(54 2 Изобретение относится к области гидродинамических исследований, Оно может бытьиспользовано для проверки теорий турбулентного течения, а также для исследования эффективности перемешивания жидкости в различных химических, магнитогидродицамических и других устройствах.Известен способ исследования турбулентнойдиффузии в потоке жидкости в трубопроводе,состоящий в том, что жидкость поляризуютмагнитным полем, воздействуя ца нее радиочастотным полем, и регистрируют сигналЯМР 1.Недостаток этого способа состоит в том, чтоон позволяет исследовать турбулентную диффузию только в направлении потока.Цель изобретения - исследование поперечной турбулентной диффузии.Для этого осуществляют воздействие различными радиочастотными полями на непер екрывающихся участках сечения трубопровода, разнесенных друг относительно другапо направлению потока.Для исследования поперечной турбулентнойдиффузии при наличии однородного внешнегомагнитного поля расстояние между участками задают путем перемещения радиочастотных катушек,На фиг. 1 показана схема устройства дляосуществления предлагаемого способа с изменением расстояния между участкамц путем перемещения катушек; ца фцг. 2 - то же, без изменения расстояния,Устройство содержит объем 1, расположенный в сильном магнитном поле, трубопровод 2, ца конце которого имеется катушка 3 для регистрации сигнала ЯМР, присоединенная и схеме 4 детектора ЯМР. Кроме того, оно имеет две катушки 5 ц 7 для деполяризации жцд кости, присоединенные к генератору 6 радиочастоты цли к генератору 8 (см, рцс. 2).Жидкость поляризуется, протекая цо объему 1 ц в отсутствии напряжения ца катушках 5 п 7 дает на выходе схемы 4 положительный 15 сигнал ЯМР.Катушки 5 ц 7 сконструированы таким образом, что радиочастотное поле каждой цз нцх производит изменение знака поляризацииции жидкости, например, в половине сечс ния трубопровода. Расположены эти катушкив соседних участках трубопровода, отстоящих на некоторое расстояние 1 одна от другой. При расстоянии 1=0 две катушки (5 и 7) выполняют функцию одной катушки 5, т. с.25 при подключении к генератору б оцц осуществляют инверсшо цамагшгчеццостц жидкости во всем сечении трубопровода 2 (одца катушка в одной половице сечецця, другая во второй половине), поэтому прц выходе цз кату шек жидкость пмеет отрицательную ядерную60 65 амагничеппость. В рсзльзате прпном генераторе 6 сигнал ЯМР на выходе схемы 4 отрицателен и имеет некоторую амплитуду А=Ао.При 1 ФО из половины сечения трубопровода, в котором действует радиочастотное поле катушки 5, вытекает жидкость с отрицательной ядерной намагниченностью, а из другой половины этого сечения (где поле отсутствует) - с положительной ядерной намагниченостгп. Если за время прохождения расстояния 1 поперечное перемешивание в струе пренебрекимо мало, то та половина жидкости, которая миновала радиочастотное поле катушки 5, пройдя расстояние 1, попадает в радиочастотное поле катушки 7 и там ее ядерная намагниченность испытывает инверсию, а та жидкость, которая прошла через радиочастотное поле катушки 5, минует радиочастотное поле катушки 7. В результате, пройдя обе катшки, вся жидкость имеет отрицательную ядерную намагниченность Мо, поэтому па выходе схемы 4 оказывается отрицательный сигнал амплитудой А=А Если на расстоянии происходит полное перемешивание жидкости, то в сечение, где расположена катушка 7, поступает смесь равных количеств жидкости с положительной и отрицательной ядерной намагниченностью. Такая жидкость имеет нулевую ядерную намагниченность, поэтому поле катушки 7 на нее не действует, в результате на выходе схемы 4 амплитуда сигнала А=О,Если на расстоянии 1 перемешивается К-я доля жидкости, через радиочастотное поле катушки 7 протекает 1 - к часть несмсшанной жидкости (имеющей положительную максимальную ядерную намагниченность, а К-я часть жидкости имеет нулевую намагниченность (так как она смешана с жидкостью, прошедшей радиочастотное поле катушки 5).Таким образом, средняя ядерная намагниченность этой жидкости положительна и равна 1 - к максимальной. В результате действия радиочастотного поля катушки 7 эта намагниченность инвертируется и становится отрицательной равной (1 - к) М,. В струе, прошедшей через вторую половину сечения, где расположена катушка 7, намагниченность отрицательна в результате предшествовавшего действия радиочастотного поля катушки 5, причем 9 1 - к части этой жидкости абсолютная величина намагниченности равна Мо, так как эта жидкость не смешивалась с жидкостью из второй половины сечения трубопровода, а у к-й доли этой жидкости намагниченность равна нулю, так как эта жидкость на расстоянии 1 перемешалась с жидкостью из другой половины сечения трубопровода. В результате намагниченность в этой половине сечения также отрицательная и равна (1 - к)М Таким образом, в катушку регистрации сигнала ЯМР втекает жидко"ть с отрицательной равной (1 - к)М, намагниченно 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 стью, поэтому амплитуда сигнала ЯМР Л= =(1 - к) Ао.Таким образом, предлагаемый способ исследования турбулентной диффузии состоит в измерении амплитуды сигнала А при разных расстояниях 1 мекду участками трубопровода, в которых происходит инверсия ядерной намагниченности жидкости, протекающей через половину сечения. Уменьшение А в два раза соответствует расстоянию 1, на котором перемешивается половина жидкости.Перемещение участков, в которых производится инверсия намагниченности жидкости, (изменение 1) можно осуществлять не только путем перемещения катушек 5 и 7, но и путем изменения частоты переменного поля в катушках (фи. 2).В этом устройстве радиочастотные поля катушек 5 и 7 действуют каждое в своей половине сечения струи, катушки не имеют взаимного смещения вдоль оси трубопровода, внешнее магнитное поле имеет градиент (ргали Р 1), направленный вдоль оси трубопровода, катушки 5 и 7 подключены к разным генераторам радиочастоты (6 и 8),Если частотыгенераторов 6 и 8 одинаковы, то инверсия ядерной намагниченности происходит в обеих катушках (в обеих половинах сечения струи) при одинаковой напрякенпости внешнего магнитного поля Н=У= - (у - коэффициент пропорциональности) т. е. в одном участке струи,Если же частоты в катушках различаются на некоторую величину Л 1, то инверсия ядерной намагниченности происходит в одной катушке при меньшей, а в другой при большей напряженности поля, т. е. в участках, отстоь 1ящих на расстояние один от.Г дгас 3 Кдругого. Следовательно, с увеличением Л 1 расстояние 1 увеличивается, приводя к уменьшению амплитуды сигнала А.Предлагаемый способ исследования турбулентной диффузии на этой установке сводится к получению зависимости амплитуды сигнала А от разности частот Л. Величина Л 1, при которой амплитуда А в два раза меньше Асоответствует расстоянию, на котором происходит перемешивание половины жидкости. Измерив это расстояние, можно определить коэффициент поперечной турбулентной диффузии позволяет повышать качество конструирования перемешивающих устройств. Формула изобретен ия1. Способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе, заключающийся в поляризации жидкости магнитным полем, воздействии на нее радиочастотным полем и регистрации сигнала ЯМР, отличающийся тем, что, с целью исследования поперечной турбулентной диффузии,осуществляют воздеиствие различными радиоПодппснСССР Тпрахк 1122Совета Министри открытийшская наб., д. каз 2674 Изд.334 НПО Государственного комитета по делам изобретении 113035, Москва, Ж, Рапография, пр. Сапунова, 2 частотными полями на неперекрывающихся участкак сечения трубопровода, разнесенных друг относительно друга по направлению потока.2. Сособ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью проведения исследования поперечной турбулентной диффузии при наличии однородного внешнего магнитного поля, расстояние между участками задают путем перемещения радиочастотных катушек.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР128669, кл. Ст 01 Р 5/20. 1959.