Способ определения параметров воздушного потока

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ ф(61) Дополнительное к авт, сеид-ву(22) Заявлено 280978 (21) 2669039/18-10С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Йо -(51)М, Кл,з 6 01 Р 5/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШ НОГО ПОТОКА 0 25 с Б Т 6(-с) Изобретение относится к области измерения параметров движения и может быть использовано при исследованиях воздушных потоков.Известен способ определения параметров воздушного потока, основанный на измерении времени пролета заданного мерного участка между разрядниками и приемником датчика трассирующими частицами, например ионами, образованными в результате кратковременного коронного разряда 1 . Этот способ позволяет определять пульсационные скорости, период изменения которых соизмерим с временем перемещения ионов на мерном участке. Так как определение скорости этим способом производится непосредственно по пути и времени, а не по косвен ным величинам, отпадает необходимость в тарировке прибора, повышается надежность и точность самого процесса измерения.Однако этот способ не позволяет 25 определить интенсивность турбулентной диффузии, которая при определенных условиях существенно влияет на точность измерения направленной скорости. Известен также способ определения параметров воздушного потока, заключающийся в создании в потоке ионной метки путем кратковременного электрического разряда, измерении времени пролета этой меткой от источника разряда двух указанных мерных участков разной длины по максимуму сигнала на двух приемниках и определении по этому времени искомых параметров Г 21,Этот способ не обеспечивает достаточную точность определения скорости нестационарного турбулентного потока и не позволяет определить коэффициент турбулентной диффузии.Цель изобретения - определение коэффициента турбулентной диффузии и повышение точности определения нестационарного турбулентного потока.Поставленная цель достигается тем, что измеряют время пролета меткой более чем двух мерных участков разной длины, по этим данным находят времяпролетную функцию и по двум ее значениям с и с определяют исковые параметрысл 37 1 или 5 х 6 О- с г 75 с, плотность диффундичастицоличество диффундичастиц, введенных в момент времени точке объема с м г=О; ст рующих общее рующих объем с=О, в динато коор6 где О - коэффициент турбулентнойдиффузии;Ч - скорость потока;5 и 5 - выбранные расстояния от Л 2разрядника;с и с - время между моментом раз 2ряда и максимумами сигналовна расстояниях 5 л .и 5 отразрядника.На фиг,1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - схема размещения разрядника и 15 приемника в камере сгорания двигателя внутреннего сгоранияВ камере 1 размещены приемники 2 и 3 и разрядник 4 датчика 5 устройства. Приемники 2 и 3, представляю щие собой защищенные экраниэирующими трубками проводники с оголенными концами, соединены с осциллографом 8. Разрядник 4 подключен к высоковольтному импульсному генератору 7, соеаиненному с приводимым от коленчатого вала прерывателем б. Высоковольтный импульсный генератор 7 создает кратковременный коронный разряд между электродами 4 в задаваемый с помощью прерывателя б момент времени. Продолжительность разряда обычно не превышает О,1 мс, что существенно меньше времени пролета ионов от разрядника дя первого приемника, Переносимые потоком воздуха ионы попадают иа приемники 2 и 3, создавая разность потенциалов на входных сопротивле- . ниях осциллографа 8, Первый кратковременный "всплеск" луча возникает в результате воздействия на приемни О ки 2 и 3 электрического поля, возникающего при подводе напряжения к разряднику. Второй и третий фвсплески" возникают в результате стока заряда ионов, через приемники 2 и 3. Средняя скорость потока на участке между разрядником и приемником рассчитывается, как частное от деления расстояния между ними на время между соответствующими максимумами тока через приемник, Однако такая методика определения скорости потока сопряжена с некоторой ошибкой, связанной с,диффуэией ионов.Процесс ,диффузии описывается уравнением55айвах где О - коэффициент диффузии5 в , расстояние от разрядника доприемника (база датчика),Для определения скорости переноса ионного облачка, равной скорости потока, необходимо знать действительно время перемещения егосцентра на расстояние от разрядника до приемника. Время с меньще времени с, на величину, зависящую от интенсйвности диффузии и базы датчика. Опережение максимума тока на приемнике относительно момента прохождения центра ного облачка используется в данно изобретении как для определения коэффициента диффузии, так и для уточненного определения скорости нап ленного движения. Так как это у ,нение связывает две неизвестные меиные, необходимо для их определения иметь систему из двух уравнений . С этой целью устройство должно быть оборудовано, по меньшей мере, приемниками, При использовании двух приемников коэффициент диффузии может быть определен по уравнению ион- м равравпере 5 л сл - 5 г са БТГ-Т;Т г е 5 и 5 - расстояния от раэ 2рядника до первогои второго приемника: О - коэффициент диффузии;г - расстояние от центра диффундирующего объема.Описываемая уравнением зависимость ииеет вид гауссовой Функции ошибок. Распределение диффундирующих частиц в объеме симметрично относительно центра их образования. В рассматриваемом случае диффундирующими частицами являются ионы, плотность которых в какой-либо точке зависит от расстояния до центра ионного облачка и от времени, прошедшего с момента ионизации. Проходящее через приемник ионное облачко симметрично относительно своего центра, однако оно создает на приемнике ток, протекание которого по времени несимметрично относительно максимума, причем сам макси- мум тока не совпадает по времени с моментом прохождения центра облачка через приемник. Это явление объясняется диффузией ионов и используется в предполагаемом изобретении для определения ее интенсивности. Связь между временем с перемещения центра ионного облачка от разрядника до приемника и временем с от момента ионизации до момента регистрации максимума сигнала на приемнике выражается формулойг и г - время между моментомионизации и регистрацией максимумовтока на первом ивтором мерных участках.Так как обычно в потоке имеют место турбулентные вихри различных размеров, и в том числе соизмеримые с базой датчика, необходимо произвести несколько измерений, определяя средние значения времени г( и г и по ним затем рассчитывать коэффициент турбулентной диффузии.Эффективность использования способа,определения параметров воздушного потока заключается в экономии времени и материальных ресурсов на стадии доводки рабочего процесса вновь разра батываемого или модернизируемого ДВС. Впервые представляется возможность оценить интенсивность турбулентного перемешивания в камере сгорания ДВС и тем самим исключить длительные испытания вариантов его впускных каналов и камер сгорания,Этот способ может быть распространен на другие газовые потоки и использован в различных областях машиностроения, химической промпаленности, энергетики навигации и т.п. где необходимо измерять скорости направленных турбулентных потоков и интенсивность происходящих в них процессов диффузии.формула изобнияСпособ определения паРаметроввоздушного потока, заключающийся всоздании в потоке ионной метки путекратковременного электрического разряда, измерения времени пролета этойметкой от источника разряда двухзаданных участков равной длины помаксимуму, сигнала на двух приемниках и оиределении по этому времени1искоьих параметров, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью определения коэффициента турбулентнойдиффузии и повышения точности определения скорости нестационарноготурбулентного пдтока, измеряют вре мя пролета меткой более чем двухмерных участков разной длины, поэтим данным находят времяпролетнуюфункцию и по двум ее значениям г иг определяют искоььге параметы 15а5 г 52+т г 0( ( 60 5 а га 0 я о и 60Ч1 у5 хгде - коэффициент турбулентй ной диффузии;Ч - скорость потока;5 и 5 - выбранныерасстояни тразрядника;ЗО г г - время между моментом( разряда и максимумамисигналов на расстояниях5 и 5от разрядника.Источники информации,35 принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 261983 б,кл. 73-194, 1952.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2438572/18-10,кл. С 01 Р 5/18, 1977.866480 иг. г Составитель В. Наэаремеева Техред А. Бабинеи Корректор В.Синицкая дакто Подписно 7/ ак филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 910ИИПИ Государственноголо делам иэобретений35, Москва, Ж, Рауш омитета СССР открытийкая наб., д, 4/5