Способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУпо делам изабретеиий и открытий(53) УДК 539143.43(088.8) с А. И. Жерновой и А. Е. Кикин: 1 Ленинградский ордена Трудового Красноо Знамени технологический институт им. ЛенсовеТй="- - =.(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕИзобретение относится к гидродинамическим исследованиям и может быть использовано для проверки теорий турбулентного течения, а также для исследования эффективности перемешивания жидкости в различных химических, магнитогидродинамических и других устройствах.Известен способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости, основанный на подкрашивании жидкости и киносъемке движения окрашенного участка 11 1.Однако способ требует применения высокоскоростной съемки и может быть использован лишь при малых скоростях потока. Кроме того, внесение краски искажает структуру потока, приводя к погрешностям измерений.Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводах, заключающийся в поляризации жидкости магнитным полем,воздействии на нее радиочастотным полем, регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса. В этом способе используется метод ядерного магнитногорезонанса (ЯМР ). По временной зависимости амплитуды сигнала ЯМР А (т.)определяется интенсивность продольнойтурбулентной диффузии на заданномучастке трубопровода 12.Недостаток этого способа заключается в том, что ля определения зависимости А (С) необходимо производить фотографирование сигнала с экрана осциллограФа, что затрудняет изатягивает измерения. Кроме того, 1определение формы фронта турбулентной диффузии по фотографиям сигнала можно осуществлять только с большой погрешностью, вследствие искажения этого фронта шумами радиосхемы, используемой для регистрациисиганла ЯМР.Цель изобретения - упрощение, по. вышение точности и скорости измерений.68504 4частотного поля - с положительной ядерной намагниченностью, В результате по трубопроводу 2, соединяющему катушки 3 и 5, течет жидкость с 55 Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе, заключающемся в поляриэации жидкости магнитным полем, воздействии на нее радиочастотным полем и регистрации сигнала ЯМР на жидкость воздействуют периодическими прямоугольными импульсами радиочастотного поля, измеряют зависимость амплитуды сигнала ядерного магнитного резонанса отчастоты следования импульсов радиочастотного поля, определяют частоты их повторения, при которой амплитуда сигнала ЯМР становится равной половине ее максимального значения, и по этой частоте повторения судят о дисперсии распределения жидкости по скоростям и коэффициенте продольной турбулентной диффузии,На фиг. 1 приведена схема установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - коэффициенты продольной турбулентной диффузии К в предлагаемом способе; на фиг. 3 то же, в известном способе.Установка содержит объем 1 для жидкости; расположенный между полюсами трубопровод 2,на конце которого имеется катушка 3 для регистрации сигнала ЯМР, присоединенная к схеме детектора 4 сигнала ЯМР катушка 5 для отметки жидкости, присоединенная к генератору 6 радиочастоты через электронный ключ 7, управляемый генератором 8 низкочастотных НЧ колебаний.Способ осуществляется следующим образом.Жидкость поляризуется, протекая по объему 1, и в отсутствие напряжения на катушке 5 дает на выходе схемы детектора 4 сигнал ЯМР с некоторой амплитудой А (будем считать эту амплитуду максимальной ). При включенном генераторе 6 радиочастоты управляющим генератором 8 колебаний НЧ в катушке 5 возникают прямоугольные радиоимпульсы с частОтой заполнения Г, задаваемой генератором 6 радиочастоты, и с частотой повторения радиоимпульсов Г, задаваемой управляющим генератором 8 НЧ колебаний. Частота заполнения Г усчанавливается равной резонансной частоте ядер в катушке 5, поэтому во время действия радиочастотного поля из этой катушки вытекает жидкость с отрицательной ядерной намагничен-, ностью М ( О, а в отсутствие радио 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 ядерной намагниченностью, периодически меняющейся вдоль струи. Если скважность видеоимпульсов равна 1/2 то протяженность этих участков Г одиМЧиакова и равная= - где й - средняя2 Ескорость жидкости.При течении жидкости по трубопроводу 2 происходит размытие границ участков, в результате часть жидкости из участков с М(О и с М )О обменивается, что приводит к уменьшению средней намагниченности участков. Величина этой намагниченности Мс зависйт от соотношения "Г и дисперсии распределения жидкости вдоль оси 3, струи. Принимая, что жидкости вдоль оси струи подчиняется нормальному закону, можно показать, что средняя намагниченность М при А = Г достигает величины, равной 1/2 от максимальной намагниченности М , которая имеется приофотсутствии отметки и при 6)7., Ам - плитуда сигнала ЯМР на выходе схемы пропорциональна средней намагниченности МТаким образом, подобрав частоту повторения импульсов, при которой амплитуда сигнала А= ф А , по формуле ).:Ж 2 Г находим дисперсию распределения жидкости при турбулентной диффузии, откуда по формуламб =3-(% и К= 3.%Я, где 1 - длина трубопровода 2, находим дисперсию распределения жидкости по скоростям О и коэффициент продольной турбулентной диффузии К.Для проверки предлагаемого способа создают экспериментальную установку с объемом 1, равным 130 см , магнитом поляризатора с индикацией 1 т, трубопроводом 2 диаметром 6 мм и длиной 36 см. Для регистрации сигнала используют прибор Е 11-2 с синхронным детектором на выходе, Для создания радиоимпульсов применяют генератор ГЧ. Измеряюткоэффициент продольной турбулентной диффузии К фиг.2 Для сравнения аналогичные измерения проводят известным способом с регистрацией зависимости А на экране осциллографа (фиг. 3). Исследования показывают,что погрешность определения К предлагаемым способом в 5 раз меньше,чем погрешности определения известным способом, На одно и5 8 мерение предлагаемым способом требует-ся 1 мин,а известным способом, требующим фотографирования и обработки фотоснимков, на это затрачивается несколько часов.В предлагаемом способе регистрация сигнала ЯМР может производиться с помощью узкополосной приемной аппаратуры, так как при постоянной частоте Г сигнал ядер:во времени не меняется.В известном же способе требуется регистрировать изменение сигнала во времени, что приводит к необходимости использовать широкополосную приемную аппаратуру. При использовании узкополосной аппаратуры отношение .сигнала к шуму значительно больше, чем при использовании. широкополосной1аппаратуры, а с увеличением отношения сигнала к шуму погрешность измерений повышается.Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает значительно большую точность измерений А и К, чем известный 1,погрешность уменьшается н 5 раз) отличается простотой и быстротой измерений, связанных с отсутствием фотографического процесса.Формула изобретенияСпособ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубо 68504 6проводе, заключающийся в.поляризациижидкости магнитным полем, воздействиина нее радиочастотным полем и регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, ЯМР ) о т л и ч а ю ш, и йс я тем, что, с целью упрощения, повышения точности и скорости измерений, на жидкость воздействуют периодическими прямоугольными импульсами 1 О радиочастотного поля, измеряют зависимость амплитуды сигнала ядерногомагнитного резонанса от частоты повторения импульсов радиочастотногополя, определяют частоту повторения 15 импульсов радиочастотного поля прикоторой амплитуда сигнала ЯМР становится равной половине ее максимального значения, и по величине частоты .повторения судят о дисперсии распределения жидкости по скоростям и коэффициенте продольной турбулентнойдиффузии.1 Источники информации,принятые го внимание при экспертизе251. Мокин А. С. Яглом А. М. Стати 1 11ческая гидродинамика, М Наука1965. с. 505. 2. Авторское свидетельство СССР У 128669, кл. 6 01 й 27/78 (прототип)..г г Пок илов Корректор М.Шароши,Бабин аб., д. 4/ юал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Ь 7. 5Составителактор Т. Мермелштайн Техред каз 8309/58 Тираж 910 ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и открь 113035, Москва, Ж, Раушская