Способ определения режима движения потокагаза

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 1834521(51)М. Кл 601 Р 5/00 601 Г 1/00 Гееударстееннмй квмнтет СССР ло.делам нзебретеннй н аткрмтнй(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ПОТОКА ГАЗАИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической промышленности и в других .областях техники, в частности для определения режимов движения газовых потоков в мембранных разделительных эле 5 ментах и аппаратах.Известен способ 1 и 2 1 определения режимов движения газа, заключающийся в измерении расхода газа при его10 перемещении через канал по численной величине безразмерной аналитической зависимости, называемой критерием Рей- нольдса ч= ф(2) Оцнако режим движения потоке газапри помощи числа.Рейнольцса мсекно. подразделить только на пва вида: ламинарныйитурбулентный, нельзя определить свс.боди о-молекулярный (кнудсеновский) и 5диффузионный режимы цвижений потока газа,для определения числа Рейнольдса необхопимо также знать плотность и динамическую вязкость газа при температуреи давлении газового потока, измерениекоторых связано с рядом экспериментальных трудностей, не представляется воз-, можным комплексно определять гицравлическое сопротивление газовому потокупри данном режиме его течения. с Игце Ч - средняя по сечению каналаскорость газа;д - эквивалентный диаметр канала, ЯО - плотность и цинамическая вязкость газа соответственно. Из уравнения (1) видно, что пля определения численного значения критерия Рейнольцса, необхопимо знать среднююпо сечению канала скорость газа, которуюили измеряют экспериментально или вычисляют из.экспериментально измерейного расхода газа по формуле греЧ - объемный расход газа.3 83452Пель изобретения - расширение технсглогических возможностей способа.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения режима движения потока газа расхоц газа измеряют вначале при разных перепадах цавления и постоянной температуре, а затем при постоянном перепаце давления и разных температурах, устанавливая режим движения потока газа по характеру зави симости от перепада давления и тем ратуры коэффициента проницаемость читываемого по формулеП= --(М.Й ХЬ ЬР 15 гце П - коэффициент проницаемости,Ц - объем газа, приведенный к нормальным условиям,время цвижения,Х - длина канала или его части,Ь - площадь поперечного сечения каналаЯ - перепад давления на концах канала или его частипри этом в случае изменения коэффициента проницаемости с изменением пере-. пада давления судят, о ламинарном или турбулентном режимах, причем увеличение коэффициента проницаемости с повышением температуры по закону УТ свидетечьст 30 вует о турбулентном, а уменьшение по закону 1/Т - о ламинарном режимах; в слу.;е постоянства коэффицитента проницаемости при изменении перепаца давления судят о свободно-молекулярном или диф-35 фузионном режимах, причем увеличение коэффициента проницаемости с повышением температуры по экспоненциапьному закону свидетельствует о диффузионном, а умень шение по закону 1/ГТ- о свободно-моле 40 кулярном режимах.Рассмотрим возможные виды переноса газа при его перемещении через канал с известными геометрическими празмера 45 ми.Поток газа распространяется в канале заполненном непористой изотропной средой, путем молекулярной диффузии.При установившемся состоянии и постоянной температуре зависимость расхода газа от цвижущейся силы процесса для одновременного диффузионного потока в изо. тропной среде в соответствии с первьв уравнением фика имеет следующийвид 55 Ь, ( гц ичество г 1 4С - концентрация газа в среде нначальном участке канала,. - коэффициент диффузии,С - концентрация газа в.среце наконечном участке канала,б - площадь поперечного сечения канала,Х - расстояние меж ду н ачальн ым ик онечн ым участками канал а.Если для рассматриваемой системы газ-среда справедлив закон ГенриС=Ъ Р, (5) гце Р - давление газа,Ь - коэффициент растворимости газав среде,то можно написать для начального участка среды С. - -Ъ Р и цля конечного/участка среды С=д РВ том случае, когда 3 не зависит от давления, Ь = Ь =О, получим,6)С-= ОР ( 7)Подставляя значение С и С в уравнение (6), получимили-- Р -Р ) (9)Я 63 Х 2гце П - коэффициент диффузионной проницаемость среды.Из уравнения (8), видно, что коэффициент диффузионной проницаемости численно равен произведению коэффициента циффузии на коэффициент растворимости газа в материале среды. Так как коэффициенты растворимости, газов в твердых непористых материалах практически не изменяются при повышении давления, то коэффициенты диффузионной проницаемости не зависят от перепада давления Р=Р - Рд.Коэффициенты диффузионной проницаемости газов изменяются с температурой согласно выражениюгде По - постоянная величина,Ед - условная энергия активации процесса проницаемости,Я - универс альная газовая постояннаяГабсолютная температура.Таким образом, если коэффициентыницаемости при постоянной темпера834821 Таким образом, если коэффициент проницаемости при постоянной температуре1уменьшаются пропорционально /Яс увеличением перепаца давления или про- порционално 1/Р с увеличением плотностигаза, или же прн постоянном перепадецавления увеличивается с повышением температуры прямо пропорционально Тто режим движения потока газа является 1 О турбулентным течением. Зная численноезначение коэффициента проницаемостипри точно установленном режиме движенияпотока нгаза, можно опреаелить гидрав- .лическое сопротивление канала или его 15 части по формулеО ХР= --- ( 19)Ь 8 П 25 где От - коэффициент проницаемости притурбулентном течении газа.фоИз уравненйя (18) видно, что коэффициент проницаемости при турбулентном течении газа зависит от рациуса и длины канала, увеличиваясь прямо пропорциональноР и В при увеличении Г и Х. 4;Коэффициент проницаемости при турбулентном течении газа также зависит от церепвца давления и плотности газа,уменьшаясь прямо пропорционально 1, ЮР1 Г и /Ф при увеличении А Р и Р соответственноеТвк как плотность газа уменьшается с повышением температуры, то коэффицивнг проницаемости при турбулентном течении газа буа.т .увеличиваться с повыше 55 вием температуры прямо пропорциональноТ,ВЯИИПИ Заказ 4093/67 филиал ППП "Патент", г. Ужгогюл пгъдкчная, 4 7потока, а преобладающими становятся силы инерции.При этом перепад цввления в канале рвциуса 1" и юлины Х при турбулентном течении газа определяется уравнением. гце К - безразмерный коэффициент сопротивления9 - плотность газа,Юр- средняя скорость газа в канале.Иэ уравнения (16) видно, что притурбулентном течении газа через каналградиент давления пропорционален среднейскорости в квадрате, а не в первойстепеникак в случае ламинарного (вязкого) течения. Так квк расход равен- цй д.то, принимая во внимание уравнение (15), получим следующее выражение расхода при турбулентном течении газа через каналЬР 1.=Г 1" .-; (ЦПредставляя значение расхода газа при турбулентном течении уравнение (17) в уравнении (3), получим следующее аналитическое выражение, качественно и количественно характеризующее перенос газа через канал при турбулентном течении ф о р м у л а и з о б р е т.е н и я Способ определения режима движенияпотока газа, заключающийся в измерениирасхода газа при .его перемещении черезканал, о т л и ч а ю Ш и й с я тем,что с целью расширения области примене.ния способа на случай диффузионного исвобо дно-молекулярного режимов движения, измеряют расход газа при различныхперепадах давления и постоянной температуре определяют зависимость коэффициента проницаемости газа от перапада давления при постоянной температуре, измеряютрасход газа при различных температурахи постоянном перепаде цавления, определяют зависимости коэффициента проницаемости газа от температуры при постоянномперепаде давления и по полученным результатам судят о режиме движения потока газа, прн этом в случае изменениякоэффициента проницаемости газа приизменении перепада давления суцят оламинарном илн турбулентном режимах,в случае постоянства коэффициента проницаемости при изменении перепада дав.пения судят о свободно-молекулярномили диффузионном режимах,Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе1. Брэцмау П. Введение в турбулентность и ее измерение, М., "Мир", 1974,с. 142-145.2. Пранцтль Л. Гидроаэромеханика.ИЛ, 1949, с. 143.1,Тира) 907 Подписное