Устройство для исследования потоков среды

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ае аз 94 С 01 И 11 О НИЕ ИЗОБРЕТЕН ЛЬСТВ ческогй гоЛенинс ститут хи овосибирс ерситет и(57) Устройсторной техни ПОТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВ в родинамичесдвухфазныхпользовано своис щественнотурой. Целрасширени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ АВТОРСКОИГФ Св(71) Московский инмашиностроения и Нсударственный унивкого комсомола(56) Канн К,Б., Феклистовределение профиля скоростине ньютоновских жидкостей.т.42, с. 927-930.Авторское свидетельствоВ 547636, кл, С 01 Р 1/86,тво относится к лабора е для исследованияих параметров и свой токов и может быть и ля изучения комплексафазного потока, преимуустойчивой пенной струк изобретения являетсяункциональных возможностей устройства в сторону исследования кратности, дисперсности и реологических свойств двухфазных потоков.Устройство для измерения параметровдвухфазных потоков с устойчивой пенной структурой состоит из коллектора, к которому присоединены входыизмерительных трубопроводов одинаковой длины и с различными внутреннимидиаметрами, причем внутренняя поверх.ность имеет поперечные ребра с шагоми глубиной, превышающими максимальный размер пузырьков пены. К коллектору подсоединен пеногенератор; конструкция которого позволяет генерировать пены различной дисперсностии кратности. В измерительных трубопроводах установлены датчики перепада давления и датчики измерения крат.ности и дисперсности. На выходе изизмерительных трубопроводов установлены трехходовые краны, одни выходыкоторых соединяют измерительныетрубопроводы с пеногасителем, адругие - с приемным баком. Приемныйбак соединяется с измерительным баком. Для возврата жидкости на входпеногенератора устройство содержитнасос. 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям параметров двухфазных газожид" костных потоков, и может быть использовано для оценки оптимальных режимов работы пеногенераторов при 1пенном пожаротушении, теплоизоляции пенопластами грунта и строительных конструкций, утеплении пенопластами буртов сельхозпродукции,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратностидисперсности и реологических свойств двухфазных потоков.Принцип работы устройства основан на том, что при одном и том же продольном градиенте давления параметры реологически сложной среды на внутренней поверхности измерительных трубопровов меньшего сечения идентичны параметрам в цилиндрическом слое того же диаметра в измерительном трубопроводе большего сечения, Это позволяет установить распределение параметров по сечению потока в цилиндрической трубе, не вводя в потоккакие-либо датчики, которые в случае измерений в потоке пены непременно вносят искажение в параметры., течения. Для этого достаточно сделать измерения на стенках нескольких трубопроводов меньшего диаметра.При этом необходимо выполнение двух условий; постоянство продольного градиента давления во всех измерительных трубопроводах и отсутствие проскальзывания у стенок трубопроводов. Выполнение первого условия в предлагаемом устройстве обеспечивается наличием коллектора и одинаковой длиной всех измерительных трубо проводов.Для выполнения второго условия внутренняя поверхность измерительных трубопроводов имеет поперечные ребра с размерами, превышающими размер пузырьков пены.На фиг, 1 представлено устройство, общая схема, на фи. 2 - внутрекяя поверхность трубопроводов (узел 1 на фиг. 1); на фиг. 3 - измерительная ячейка для определения кратности и дисперсности (узел 11на фиг. 1).Устройство для измерения параметрон потоков, преимущественно двухфазных потоков с пенной структурой,состоит из коллектора 1, к которомуприсоединены входы измерительныхтрубопроводов 2 одинаковой длинойс различными внутренними диаметрами,5 причем внутренняя поверхность имеет поперечные ребра 3 с шагомиглубиной Ь, соизмеримыми с максимальным размером пузырьков пены. К входу коллектора 1 .подсоединен пеногенератор Ф, конструкция которогопозволяет генерировать пены различной дисперсности и кратности.К измерительным трубопроводамприсоединены датчики 5 измеренияперепада давления и измерительныеячейки 6 кратности и дисперсностис вмонтированными заподлицо в стенкиэлектродами 7.Стенки ячеек б выполнены прозрачными, Для отбора пены20из измерительных трубопроводов имеется поршенек 8 с тягой 9.На выходе измерительных трубопроводов установлены трехходовые краны 10, один ход которых соединяетизмерительные трубопроводы с пеногасителем 11 для разрушения пены струей сжатого воздуха из сопла 12, адругой ход - с приемным баком 13.На крыше приемного бака 13 установлены кран 14 подачи воды, кран 15для соединения с атмосферой, кран16 на воздушной линии, а кран 17для слива воды установген внизу бака. Приемный бак 13 соединяется сЗ 5 измерительным баком 18 воздушной линией 19. Измерительный бак 18 с открытым внизу сечением устанавливается в вспомогательный бак 20. Измерительный и вспомогательный бакиснабжены кранами 21 и 22. Насос 23используется для возврата жидкости.из пеногасителя 11 в пекогенераТор 4,45 Устройство для измерения потоков,преимущественно двухфазных потоков с пенкой структурой, работает сле-.дующим образом.Перед началом работы приемный бак 50 .13 через кран 14 подачи воды промывается водой от остатков пены. При этом вода сливается через открытый кран 17 слива воды, после чего краны закрываются. При закрытых кранах 16 и 21 и открытом кране 22 вспомогательный бак 20 наполняется водой.Одновременно вода, поступая через нижнее открытое сечение, заполняет измерительный бак 18. Затем кран 2220 Пена, поступившая в пеногаситель11, разрушается струей сжатого воздуха, поступающего через сопло 12,при этом жидкость стекает вниз инасосом 23 перекачивается на входпеногасителя 4, а воздух выходит ватмосФеру.Таким образом, предлагаемое уст-ройство позволяетпроделав измеренияна нескольких измерительных трубопроводах в едином цикле, получитьраспределение скорости, кратности.и дисперсности двухфазных потоков,преимущественно с пенной структурой,по сечению потока,455055 закрывают, а воду из бака 20 через кран 21 сливают. При этом в оаке 20 устанавливается уровень, лишь на 2-3 мм превышающий уровень нижнего сечения измерительного бака 18. Затем устанавливают трехходовые краны 10 в положение "1 еногаситель" и включают пеногенератор 4 и пеногаситель 11, т,е. пропускается сжатый воздух через сопло 12. 10После выхода на установившийся режим открывают кран 16 на воздушной линии и переводят в положение Измерение" один из трехходовых кранов 10. При этом пена из соответст вующего измерительного трубопровода 2 начинает .поступать в приемный бак 13, вытесняя из него воздух в измерительный бак 18. В момент полного опорожнения бака 18 трехходовой11 кран 10 переводят в положение Пеногаситель".Время опорожнения измерительного бака 18 фиксируется по секундомеру, что позволяет по известному объему 25 измерительного бака 18 рассчитать расход пены и среднерасходную скорость в измерительном трубопроводе.Одновременно производят измерение кратности и дисперсности пены, Для этого поршенек 8 измерительной ячейки 6 (фиг. 3) передвигают в крайнее правое положение, заполняя ячейку пеной, Электрическое сопротивление пены заключенной между двумя электродами ячейки, характеризуетакратность, а через прозрачные стенки измерительной ячейки производят микрофотографирование пены для последующего определения дисперсности, 40 Дополнительную информацию для оценки кратности можно получить, взвешивая приемный бак 13 до и после наполнения его пеной.Наличие коллектора, к которому, подсоединены входы измерительных трубопроводов, дает возможность проведения одновременных измерений во всех трубопроводах. Кроме того,одинаковая длина измерительных трубопроводов, подсоединенных к одному коллектору, способствует созданию одинакового градиента давления во всех трубопроводах, что существенно упрощает обработку результатов измерений с целью получения реологических характеристик пены.Это следует из существующих реологических методов измерений экспериментальным путем, когда решается обратная задача определения вязкости среды и реологических констант по экспериментальным данным расхода и градиента давления по формуле Л с 1 р/йя К 8--- (1 х+83 К Ч;С 31+2 х - -х)3 йр/Йк 1 - градиент давления; К - радиус трубопроводов, Ч - скорость квазитвердого ядра потока пены; И, . - расход пены; где х,= К,/К здесь К. - радиусквазитвердого ядра.потока пены) . Разные внутренние диаметры измерительных трубопроводов позволяют при одинаковом градиенте давления построить эпюры скорости потока по сечению трубопроводов путем их наложения, что существенно упрощает как проведение измерений, так и процедуру их обработки, поскольку в данном случае отпадает необходимость в использовании сложных методов и дорогостоящей измерительной аппаратуры,например лазерной доплеровской анемометрии,Наличие на внутренних поверхностях трубопроводов ребер с шагом .и глубиной, превышающих максимальный размер пузырьков пены, исключает пристенное, скольжение пены, которое искажает истинные значения реологических свойств.Включение в устройство элементов для измерения объемного расхода в каждом трубопроводе позволяет доста 1283617точно точно измерить в каждом случае среднерасходную скорость пены, необходимую для построения эпюры скоростей при одинаковом градиенте давления без привлечения сложной изме 5 рительной аппаратуры, что иллюстрируется соотношениемЧ). цг1 О где Я - расход пены;Ч - среднерасходная скоростьпены;К, - радиус,х-трубопровода.Наличие на выходе из трубопроводов 15 пеногасителя, снабженного насосом для возврата жидкости на вход пеногенератора, создает замкнутый контур по жидкой фазе, что позволяет проводить непрерывные измерения в эксперимен О тах без дополнительной подачи исходного раствора, тем самым способствуя сохранению постоянных значений Физико-химических свойств пены и экономичному использованию раствора 25Формула изобретенияУстройство для исследования потоков среды, содержащее расположенные ЭОпод одинаковым углом к вертикали трубопроводы разного диаметра, снабженные кранами и встроенными датчикамиперепада давления, и приемный бак,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения Функциональныхвозможностей устройства в сторонуисследования кратности, дисперсностии реологических свойств двухфазныхпотоков, оно дополнительно содержитпеногенератор с подсоединенным кего выходу коллектором, который всвою очередь соединен с входами трубопроводов, пеногаситель, установлен.ный. на выходе трубопроводов, измерительный бак, установленный своимоткрытым торцом во вспомогательныйбак и соединенный с приемным баком,при этом один ход кранов соединяеттрубопроводы с пеногасителем, а другой ход - с приемным баком, трубопроводы выполнены одинаковой длины,а их внутренняя поверхность - споперечными ребрами с шагом и глубиной, соизмеримыми с максимальнымразмером пузырьков пены, причем накаждом трубопроводе вмонтированапрозрачная ячейка с поршнем и электродами, подсоединенными к кондуктометру,,Г лаРериулто нондуттто метру ЯОеЗ Составитель Г, ВладимироваТехред В.Кадар Коррект Редактор Келе ирохма аз 7430/40 Тираж 776 ПодписНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий5, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 тная, 4 П л. водственно-полиграфическое предприятие. г. Ужгор