Устройство для измерения турбулентности потока

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1)4 С 01 И 11 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЗМЕР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР В 653558, кл. С 01 М 5/02, 1975.Маккормик, Репли. Об индуцировании турбулентностью колебаний тонкой ленты при демпфировании, зависящем от скорости потока: труды американского общества инженеров-механиков. Прикладная механика, т,37, сер. Е, 1970, У 4, с,269-272. еЯО,а 1 3831 42(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение. относится к технике измерения турбулентности газовых и жидкостных потоков и предназначено для измерения силы и величины пристенных турбулентных пульсаций давления. Цель - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для измерения пристенной турбулентности включает эластичную поверхность, служащую приемным элементом датчика перемещений. Датчик перемещений соединен с регистрирующим устройством. .Устройство дополнительно содержитс второй датчик перемещений и корреля- Е тор и снабжено счетчиком импульсов, а также измерителем местного трения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил С:Изобретение относится к технике измерения турбелентности газовых и жидкостных потоков и может быть использовано как в различных аэрогидро 5 динамических исследованиях, так и в исследовании дисперсных потоков.Цель изобретения - повышение точ-ности измерения и расширение функциональных возможностей устройства. 10На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - полученная экспериментальным путем функция, выражающая связь между амплитудой перемещений эластичной поверхно сти и числом колебаний эластичной поверхности с этой амплитудой в единицу времени, используемая для измерения спектрального распределения.Устройство для измерения пристен ной турбулентности содержит обтекаемую эластичную поверхность 1, служащую приемным элементом датчика 2 перемещений совмещающего в себе функцию микрофона, Датчик 2 соединен с 25 регистрирующим устройством 3. Устройство для измерения турбулентности дополнительно содержит второй датчик 4 и,коррелятор 5, используемый для измерения корреляции между двумя ис следуемыми точками (А и Б), и снабжено счетчиком 6 импульсов, а также измерителем 7 местного трения в виде датчиков статического давления.В устройстве для измерения при 35 стенной турбулентности с целью повышения прочности обтекаемая эластичная поверхность может быть выполнена многослойной, например в виде полимерной пленки, соединенной с датчиком 2. 40 Пленка покрывает слой паралона, который прикреплен к жесткой стенке.Устройство работает следующим образом.При течении исследуемого потока 45 по эластичной поверхности 1 турбулентные пульсации давления деформируют эластичную поверхность 1, перемещение которой преобразуются датчиками 2 и 4 в сигналы, поступающие на Функциональную схему, Датчик 21, регистрирующий перемещение поверхности 1, служит и микрофоном, измеряющим фчуктуации давления, Такое расширение функциональных возможностей датчика 2 обеспечивается выполнением обтекаемой поверхности из эластичного материала. Датчик 2 перед работой необ" ходимо протарировать для получения зависимости сила - перемещение. При поступлений сигнала с датчика 2 на регистрирующее устройство 3 по его величине можно установить силу турбулентных пульсаций Р, действующих на эластичную поверхность 1. Это позволяет определить характер исследуемого потока (ламинарный или турбулентный),При поступлении сигнала с датчика 2 на регистрирующее устройство 3 и счетчик 6 импульсов можно определить спектральное распределение пристенныхФ пульсаций давления путем регистрации устройством 3 амплитуды перемещений эластичной поверхности при одновременном определении количества этих перемещений счетчиком 6.При поступлении сигналов с датчиков 2 и 4 на коррелятор 5, при установлении на приборе заданного значения коэффициента корреляции, можно определить площадь Б действия турбулентных пульсаций, характеризующих размеры турбулентных молей (вихрей).Измерения характеристик турбулентности предлагаемым устройством определяют следующим образом, В основу определения величины пристенных турбулентных пульсаций давления положена зависимость, н/м где Р - сила, с которой действуюттурбулентные пульсации давления на эластичную поверхность 1, измеряемая с помощью заблаговременно протарированного датчика 2 перемещений;Я - площадь действия турбулентных пульсаций давления, определяемая с помощью двухдатчиков 2 и 4 перемещениякоррелятора 5.При протекании в канале с эластичными стенками 1 турбулентного потока турбулентные пульсации давления, среднеквадратичная величина которыхР 1 зависит от местного трения С н/м 2 .2РПскг с 2Рм 2 ф 1383142 При увеличении порога чувствительности счетчик 6 импульсов начинает% = (4)1 - ПЦ 22 Р"сргде Р - перепад давления на рабочемучастке длиной Ы (измеряютс помощью приемников 6 давления;Бс - средняя скорость потока,м/с.Для измерения спектрального распределения амплитуд и, соответственновыражениям (2) и (3), величин турбулентных пульсаций давления служитэкспериментальная зависимость, представленная на фиг,2. Эта зависимостьполучена следующим образом. При определенном пороге чувствительностисчетчика 6 импульсов регистрируютвчисло перемещенияи; эластичнойсОповерхности 1 с максимальной амплитудой перемещений Н 45- плотность и средняя скоростьпотока соответственно, 5 локально деформируют эластичную поверхность:1=1 сР, (3) где 1 - коэффициент пропорциональности, зависящий от эластичныхсвойств поверхности;Р - сила, с которой турбулентныепульсации воздействуют наэластичную стенку, перемещение которойпреобразуетсядатчиком 2 в сигнал, подаваемый на регистрирующее устройство 3.По величине сигнала, пропорционального перемещению 1, можно с помощью заблаговременно протарированного датчика (зависимость (3) определить силу действия турбулентных пульсаций Р.Проверка работы предлагаемого устройства и полученного значения среднеквадратичных пульсаций давления производятся путем экспериментального определения членов, входящих в известную в гидромеханике и служащую тарировочной зависимость (формулу Крайхнана (2),Значения безразмерного коэффициента сопротивления трубопровода 9, входящего в выражение тирировочной за висимости (2), определяют по формуле суммировать меньшие амплитуды перемещений эластичной поверхностипри этом число регистрируемых колебаний составляетПк(1)(5)Использование канала с эластичными стенкамй выгодно отличает предлагаемый стенд от известного, так какпозволяет измерять наряду с традиционными характеристиками потока характер пограничного слоя - ламинарныйили турбулентный, по величине колебаний эластичной поверхности, зонуперехода в канале - путем перемещениядатчика по длине канала, величинутурбулентных пульсаций, корреляционную функцию, спектральное распределение - силу пульсаций давления, действующую на поверхность, и ее площадьдействия. Величина этой силы имеетпрактическое значение, так как постоянно воздействуя на обтекаемуюповерхность металлов, разрушает поверхностно-активную пленку металла,что приводит к появлению коррозионных разрушений.Кроме того, она имеет значениепри акустическом излучении, Сила турбулентных пульсаций зависит от скорости потока и конструктивных особенностей аппаратов (срывы вихрей) иможет быть определена с помощью предлагаемого устройства, если канал сэластичными стенками геометрическиподобен проточной части аппарата.Это позволяет с учетом конструктив-,ных особенностей аппарата, зная критическое значение и частоту пульсационной силы, разрушающей поверхностную пленку данного металла, определить допустимые скорости течения ваппарате из этого металла. Площадьдействия турбулентных пульсаций позволяет характеризовать размеры турбулентных ударяющихся об эластичнуюповерхность молей.Наличие приемников статическогодавления для определения местноготрения позволяет исключить дополнительние тарирования устройства, имеющиеся в системах для измерения турбулентности, например в системе "01 за", или при измерении пристенныхтурбулентных пульсаций пьезокерамическими датчиками, что удешевляетвыполнение измерений, 1383142Использование канала с эластичными стенками позволяет измерять спектральное распределение пристенных пульсаций давления с помощью дешевого широкоприменяемого для различных целей счетчика импульсов, что исключает при решении этой задачи наличие дорогостоящего анализатора спектра и, соответственно, уменьшает затраты 10 при измерении.Формула и з о б р е т е н и я1. Устройство для измерения турбу лентности потока, содержащее установленную в канале. обтекаемую поверхность и датчик регистрации перемещений этой поверхности, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности измерений и расширения функциональных возможностей устройства за счет измерения спектральногораспределеНия пристенных пульсацийдавления и площади их действия, атакже измерения их количественныххарактеристик, обтекаемая поверхностьвыполнена из эластичного материалазаподлицо с поверхностью канала ижестко в нем установлена, устройстводополнительно снабжено вторым датчиком перемещений, связанным с коррелятором, который, в свою очередь, подсоединен к первому датчику перемещений, к которому подключен счетчикимпульсов. 2, Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет определения тарировочных значений, в канале установлены два датчика статического давления.1383142 оставитель В,Филатова ехред А.Кравчук Корректор Г,Решетник ктор А,Ворович ПодписиСССР роиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 каз 1285/37 Тираж ВНИИПИ Государ по делам изоб 113035, Москва, Ж