Способ измерения спектра проекции завихренности пульсаций скорости в проводящих жидких средах

гСОЮЗ СОВЕТСКИХССОГМЮВНЕШИКРЕСПУБЛИК е а 1) 1 Р 5/О ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И, ОТКРЫТИ ГОСУД АРСПО ДЕЛА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 822038, кл. О 01 Р 5/00, 1979.2. Воциш А.А., Колесников Ю.Б. Метод измерения завихренности и некотовые масштабы пвуиерной турбулентности в магнитном поле.- ".Магнитная гидродинамика", 1980 В 4, с, 58-62 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРА ПРОЕКЦИИ ЗАВИХРЕННОСТИ ПУЛЬСАЦИЙ СКОРОСТИ В ПРОВОДЯЩИХ ЖИДКИХ СРЕДАХ, включащий создание в исследуемой среде однородного магнитного поля и измерение с помощью распьпоженныхв среде электродов разности потенциалов наводимого электрическогополя, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьвиения точностиизмерений, вдоль направления векторамагнитной индукции располагают дваэлектрода, по измеренной разностипотенциалов находят проекцию градиента потенциала и спектральную плотность мощности сначала в потоке сизвестным спектром проекции завихренности, получают тарировочную функцию, затем находят проекцию. градиен-та потенциала и спектраньную плотность мощности в исследуемом потоке,а искомый спектр завихренности исследуемого потока получают путем деления полученных результатов на тарировочную функцию.Изобретение относится к измерительной технике и может быть примененодля измерения характеристик эавихренностк пульсаций скорости электропроводящих жидких сред в трубах и нака- Злах с токонепроводящими стенками.Известен способ измерения завихренности, основанный на связи характеристик акустических волн, излучаемыхв поток, с его завихренностью 1 .Недостатком этого способа является невозможность измерения с помощьюнего завихренности в турбулентныхпотоках.Наиболее близким по технической,сущности к изобретению является способ измерения завихренности пульсаций скорости в проводящих жидких средах, включающий создание в исследуемой среде однородного магнитного по- Жля и измерение с помощью расположенных в среде электродов разности потенциалов наводимого, электрическогополя 2 .Недостатком известного способаявляется низкая точность измерения,связанная с необходимостью иметьбольшое количество электродов (неменее семи), которые искажают поток.30Цель изобретения " повышение точности измерений,Поставленная цель достигается темчто согласно способу измерения спектра проекций завикренности пульсаций.скорости в проводящих жидких средах,35включающему создание в исследуемойсреде однородного магнитного поля, и измерение с помощью расположенныхв среде электродов разности потенциалов наводимого электрического поля,вдоль направления вектора магнитной"индукции располагаютдва электрода,по измеренной разности потенциаловнаходят проекцию.градиента"потенциала и спектральную плотность мощностисначала в потоке,с известным спектром проекции завнхренйости, получаюттарировочную функцию, а затем находятпроекцию градиента потенциала испектральную плотность мощностив исследуемом потоке, а искомыйспектр завихренности исследуемогопотока получают путем деления полу"ченных результатов ка тарировочнуюфункцию.На фиг, 1 показано расположениев исследуемой среде двух электродоввдоль направления вектора магнитной индукции У; на фнт. 2 - полученные экспериментально значения спектральной плотности мощности С(К;) и спектр проекции завихренности.Способ измерения спектра проекции завихренности пульсаций скорости основан на том, что нри движении проводящей жидкости в однородном постоянном магнитном поле возникает электродвижущая сила, связанная с потенциалом 0 и проекцией вихря скорости Ч по направлению магнитной индукции В соотношениемЬЦ В гое Ч, (1) где а - лапласйан,Экспериментально с помощью близко. расположенных электродов, находящихся в потоке, измеряется лапласиан потенциала, который пропорционален проекции завнхренности скорости, Для измерения лапласиана потенпнала вводят в поток два электрода, расположенных один от другого на заданном расстоянии в пределах одного вихря.Решая уравнение (1) и определяя на основе этого решения спектральную плотнсть мощности градиента, потенциала С (К) и спектральную плот- кость мощности проекции завихренности С (К), получаем их связь между собой в следуецем виде:Су(Кч) 16 г С(Кч) /Нвв/ (Ку) ф(2)где К - проекция волнового векторана направление средней скорости.Таким образом, одномерный спектр градиента потенциала С(К) на направление индукции магнктного поля связан с одномерньп 4 спектром С(Ку) проекции завихренности. через функцию /Н Р (К), зависящую от волковго числа К и области Д.Функция/Н,в/ф (К)-Я йс,ж,г,( ,/г) Г (з/г) " 9не зависит от структуры потока, так как характеристики потока в ее опре-делении не участвуют (Р - преобразой.,вание фурье; г " проекция радиус- вектора г на направление -индукции магнитного поля),.В случае, если измерения выполняют достаточно далеко от границ потока, функция /Н в/ф(К) не зависит от области Я .3 1099Функцию /ИЭ /(К) определяют как тарировочную функцию по результатам измерений спектра проекции градиента :потенциала в потоке с известным спектром проекции завихренности.Способ осуществляют следующим образом.Поток с известным спектром проек- ции завихренности помещают в однород. ное магнитное поле, при этом в нем 10 возникает ЭДС, связанная с завихренностью скорости согласно уравнению (1), В поток устанавливают два электрода для сзятия разности потен,циалов между точками, расположенными вдоль одной магнитной силовой линии на расстоянииодин от другого. Проекцию градиента потенциала вычисляют с использованием конечноразностной арпроцимации согласно94 чфвыражению - =, - и находят спекте аеральную плотность мощности проекции градиента потенциала С (Е; ) как функции частоты. Затем переходят от функции С(1,) к. спектральной плотности С(К;).как функции проекции волнового числа на направление средней скорости,Определяют тарировочную функцию /Н щ,/(К;), например, путем деления З С(;) /С(К)Результаты аппроксимируют непрерывной функцией, чтобы иметь значения тарировочной функции при любых значениях К в исследуемом диапазоне.Корректируют оценки спектральной35 плотности мощности, полученные в ,исследуемом потоку, делением их зна; чений на тарировочную функцию. Аппроксимируют результаты непрерывной функцией.Способ применен для измерения про. екции эавихренности скорости в круг" лой трубе с внутренним диаметром 9,8 10- м, изготовленной иэ полимер 285ного материала, чтобы не искажалась наведенная ЭДС. Внешнее магнитное поле создавалось С-образным электромагнитом с размерами наконечников 0,9 х 0,1) м, который создавал однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл. Переход от спектральной плотностимощности С (Г;.) к спектральной плотности мощности С(К ) выполняется поформуламч, 2 Г;2ф 1 ч Ч ф- ,;,СИ )=С(К ) К,:2фгде Ч - средняя скорость потока вцентре,На фиг. 2 приведены полученныезначения спектральной плотности мощности С(К ), а также спектр проекции завихренности для инерционногоинтервала, в котором он пропорциона 4 Илен КДля определения тарировочной.функции /Нв/(К) графики построеныв логарифмическом масштабе, т,е,по оси ординат отложено 1 я С(К),по оси абсцисс - 1 яК;. На этом жеграфике построен известйый спектр,проекции завихренности 1 и разницамежду точками функции С(К;) - 2и С(К) - 1. Эта разница естьОд /Нв/(К;) (кривая 3). Точки 4полученных оценок градиента потенциала Сц(К;) затем смещали вверх навеличину расстояния между линиейединицы и значением тарировочнойфункции для каждой точки. Полученныеточки аппроксимировали непрерывнойкривой 5, которая представляет собой спектр проекции завихренностискорости в центре потока при числеРейнольдса 6,0 х 10 ф.Преимущество данного способа посравнению с известным заключаетсяв повышении точности измерения спектра проекции завихренности.1099285 Составитель Л.МариаИ,Николайчук Техред А, Ач Ред рректор И.Зрдейи . Заказ 436 623 По ного комитета С ретений и открмаувская наб., д днисное Р."Патент Уагород, ул.Проектна ВНИИПИ Государств ао делам из 113035, Москва, 3-35,ЮВЮВФЮювеВФВаеЮВФВФ 4 еайаа 4 в