Способ создания стратифицированных бинарных растворов при заполнении кювет

1582088 через рассекатель 3 нижнего воронкообразного днища 2 и с максимальнойскоростью, которую регулируют, изменяя гидростатическое давление подачи путем изменения уровня сообщающих"ся сосудов. 1 ил,Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено рля проведения гидрофизических исследований с применением оптических ме тодов, а точнее, для моделирования ,тонкой структуры стратифицированной жидкости и происходящих в ней процессов, обусловленных, например, двойной диффузией. 20Цель изобретения - уменьшение времени создания стратифицированных бинарных растворов с плотностным отношением К = 2,2.На чертеже изображена схема созда ния стратифицированных жидкостей в гидрофизической кювете.На схеме изображена гидрофиэическая кювета 1 с пирамидальным днищем 2, в вершину которого вклеен рассекатель 3. Днище 2 кюветы через присоединительный штуцер 4 и гибкий шланг 5 соединено с контейнерами 6 и 7, сообщающимися друг с другом через шланг 8, В контейнере 6 расположена вертушка 9 для гомогенизации "растворов. Шланг 5 краном 10 связан с контейнерами (сосудами) 6 и 7 и краном 11 с дополнительным контейнером (сосудом) 12.40Сумма площадей 6(х) .и 6 (х) контейнеров 6 и 7 в любом горизонтальном сечении постоянна и равн площади горизонтального сечения 6= " Ь х Ь рабочей камеры кюветы 1. Вид функций 5 (х) (или 66(х определяется видом требуемой вертикаль-, ной стратификации Т(я) (или Б(я.Более плотный раствор свободно поступает из контейнера 7 в контейнер 6 таким образом, что уровни жидкостей в обоих контейнерах всегда совпадают.Воронкообразное нижнее днище 2 кюветы в. виде конуса или пирамиды необходимо для свободного растекания поступающего раствора с постепенно увеличивающейся плотностью и выполняет функцию стыковочного звена между временно направляют на кювету пучокколлимированного излучения и отображения процессов визуально регистрируют на экране 13. Для повышения скорости создания таких растворов подачурастворов осуществляют снизу вверх подводящим раствор гибким шлангом 5с малым горизонтальным сечением ирабочей камерой кюветы 1 с существенно большим горизонтальным сечением, Рассекатель 3 предназначен дляподавления эффекта струи и гашениявихреобраэований вне полости рассекателя 3, приводящих к паразитномуперемешиванию и искажению требуемойстратификации, Рассекатель 3 представляет собой стеклянно-керамический фильтр, выполненный по формепирамидального днища. 2 и вклеенныйв вершину пирамидального днища 2.Так как в этом случае (при отсутствии вихреобразоваиий вне рассекателя) паразитное перемешивание, приводящее к искажению вертикальной стратификгции, происходит только в полости рассекателя 3, то, зная геометрические размеры рабочей камеры кюветы1 Ь и Ь у, а также допустимый вертикальный масштаб искажения стратификации Я, можно рассчитать требуемый объем рассекателя Ч, не приводящий к искажению стратификации болеедопустимого,П р и м е р. Геометрические размеры рабочей камеры (исходя из требований к кювете при исследовании процессов двойной диффузии) Ь= 200 мм;50 мм; Ь = 200 мм, Высота пирамидального днища Н = 100 мм. Внутренний диаметр присоединительного штуцера и гибкого шланга 5 мм. Высота рассекателя Ь = 30 мм, Рассекатель - стеклянно-керамический фильтр У 1 (пористость - 100 мкм). Высота рассекателя рассчитана таким образом, чтобы вертикальный масштаб искажения стратификации не превышал допустимый ( Л = 1 мм). Для этого объем рассекателя должен бить не большеЧ = 1, 1, 4 = 200 50 1 К у10000 (мм )При данных геометрических пропорциях пирамидального днища объем 7 вклеенного в его вершину рассекателя (представляющего собой пирамиду с осЬнованием 2 Ь - и высотой Ь)2Ч = - 2 Ь- Ь3 2 3Таким образом, чтобы вертикальный масштаб искажения стратификации не превышал Л = 2 мм, высота рассекателя должна быть не более, т.е.эУОООО ми;Ь30 мм.Высота пирамидального днища Н100 мм и внутренних диаметров присоединительного штуцера и гибкого шланга подобраны экспериментально таким образам, чтобы полное время безвихревого наполнения кюветы не превышало 20 мин.Способ осуществляют следующим образом.Наполняют сообщающиеся контейнеры (сосуды) 6 и 7 растворами различной плотности. В контейнере б производят постоянную гомогенизацию раствора вертушкой 9. В кювету 1 снизу через присоединительный штуцер 4 по гибкому шлангу 5, открытый кран 10 подают раствор с изменяющимся ксмпонентным составом с увеличивающейся по мере поступления плотностью на рассекатель.3, который, подавляя эффект струи и вихреобраэовгния вне полости рассекателя. пропускает стратифицированный раствор. Поступающий раствор ламинарно растекается в кювете 1 с постепенно увеличивающейся плотностью. Скорость подачи растворов в кювету 1 регулируют изменением гидро- статического давления при подъеме или опускании над кюветой 1 вспомогательных сообщающихся контейнеров б и 7. Эту скорость наполнения кюветы 1 устанавлйвают максимальной, кото-рая обеспечивает отсутствие вихревых структур и области рассекателя 3 при наполнении кюветы. Контроль отсутствия таких вихревых структурможет производиться по следующейметодике, Отсутствие вихреобразований соответствует равномерной освещенности полупрозрачного экрана 13,расположенного по другую сторону пирамидальногс дна кюветы 1, направляемого линзой 14 оптического излучения,После того, как в кювету введеноиз всгомогательных контейнеров необходимое количество стратифицирсванного раствора, первый кран 10 перекрывают и открывают второй кран 11,через который иэ третьего сосуда 12вводится заранее дозированный объем(равный объему пирамидального дна)намного более плотной жидкости (например, концентрированного раствора 20 ХаС 1), которая вытесняет стратифицированный раствор в рабочую (прямсугольную) камеру кюветы.После этого стадия создания стратификации в кюветЕ считается эакон ченной и могут производиться какоптические, так и контактные исследования происходящих процессов, обусловленных, например, двойной диффузией.Экспериментально установлено, чтопри предлагаемом способе наполнениякюветы снизу вверх можно существенносократить полное время создания стратифицированного раствора (включаявремя вытеснения стратифицированного раствора в рабочую камеру болееплотной жидкостью); не возбуждаяпри этом вихреобразований. Полноевремя создания стратификации в кюве О те с размерами рабочей камеры Ьх =200 мм, Ь у = 50 мм, Ь= 200 ммне превышает 20 мин. Уменьшение времени наполнения кюветы достигаетсятем, что раствор в кювету подается 45 под давлением, а не в режиме свободногс просачивания. Эффект струи ивихреобразование полностью демпфируются в полости рассекателя, после чегостретифицированный раствор ламинарно вытесйяется более плотным раствором в рабочую камеру кюветы.Уменьшение вертикального масштабаискажения требуемой стратификациидостигается тем, что рассекатель рас положен в вершине пирамидального днакюветы. Это приводит к тому, чтопри требуемом объеме рассекателя,рассчитанном по горизонтальным размерам рабочей камеры кюветы и допусти1582088 Формула изобретения Составитель Н.Стукова Техред Л.Олийнык Корректор Н,Король Редактор Е.Копча Заказ 2084 Тираж 513 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 мому вертикальному масштабу искажеНия стратификации, вертикальный раэИер рассекателя оказывается достаточным, чтобь полностью демпфировать эфФект струи и вихреобраэование в Области вне рассекателя при достаточно большой скорости подачи растворов. Таким образом, при использовании) предлагаемого способа повышается Достоверность исследований тонкойструктуры стратиицированных раствоРов эа счет значительного .уменьшения ертикального масштаба искажений при 1 асширении диапазона исследуемых процессов.Кроме того, использование предлагаемого способапозволяет решать заачи моделирования гидрофизических роцессов в стратифицированных жидкостях, двойной диффузии, в более Широком диапазоне параметров и с характерным вертикальным масштабом ис кажения .стратификации, не превышающим допустимый.Ф Способ создания стратифицированных бинарных растворов при заполнении кювет для исследованиИ процессов, обусловленных двойной диффузией, заключающийся в том, что заполняют два сообщающихся сосуда растворами различной плотности, гомогенизируют растворы вертушкой, подают в кювету последовательно растворы различной плотности, демпфируют вихреобраэования в кювете рассекателем, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени создания стратифицированных бинарных растворов с плотностным отношением К = 2,2, подачу растворов в кювету осуществляют снизу вверх через рассекатель нижнего воронкообразного дна кюветы причем растворы подают помере возрастания их плотности с максимальной скоростью, которую регулируют, изменяя гидростатическое давление подачи путем изменения уровня сообщающихся сосудов.