Способ изменения гидравлического сопротивления канала

)5 ПАТЕНТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОВЕДОМСТВО СС(ГОСПАТЕНТ ССС ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ ого сопротивления м, что частота форвых колебаний излувной резонансной ырьков вводимого да формируемых в развуковых колебавия: тм /0,5 Т=1, где пузырька; Т- перибаний в ультразвуласти. 2 табл., 2 ил. менения гидравлическ канала - достигается те мирования ультразвуко чателя выбирается ра частоте первичных пуз потока газа, а амплиту фокальной области ульт ний выбирается из усло тм- время захлопывэния од ультразвуковых коле ковой кавитационной об(56) Авторское свидетельство СССРМ 1245776, кл, Е 15 С 1/04, 1986.(54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КАНАЛА(57) Изобретение относится к гидроавтоматие и может быть использовано приразработке быстродействующик электрогиравлических преобразователейЦельизобретения - расширение диапазона иэбретение относится к гидроавтом тике,Известный способ изменения гидравлического сопротивления канала основан навведенйи в жидкость потока газа с формированием акустичес:их колебаний переменнои, амплитуды и фокусировки их внутрикаала акустическим концентратором.Недостаток этого способа состоит в ограниченной степени изменения гидравли- .ческого сопротивления канала из-за низкойконцентрации пузырьков в акустической зо-.немалого их радиуса при расширении.Цель изобретения - расширение диапазона изменения гидравлического сопротивления.Эта цель достигается тем, что в способе,состоящем во введении в жидкость потокагаза с формированием акустических колебаний переменной амплитуды и фокусировкеих внутри канала акустическим концентратором согласно изобретению частота фор.МИН 1 79516 мирования ультразвуковых колебаний выбирается равной резонансной частоте пер- Б вичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия:0гм /0,5 Т=1,где тм - время захлопывания пузырька;Т - период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области. 0Предлагаемое изобретение отличается, - ф тем, что частота акустических колебаний выбирается из условия обеспечения резонансных колебаний пузырьков с радиусом й а амплитуда акустических колебаний из условия гм /05 Т=1Сущность предложенного способа заключается в следующем.При распространении ультразвуковых волн в жидкости с пузырьками газа происходит периодическое увеличение и уменьшение их объема. Это приводит куменьшению приведенной плотности жидкости в акустической зоне за период колебаний и,как следствие, к изменению расхода через эту область. Приведенная плотность жидкости определяется из выражения Р з з1 +1 В 3 Р УВ )3 - 1) где Вп - максимальный радиус пузырьков;ро - плотность идеальной жидкости; Ь=4/3 ж К ро, К - концентрация пузырьков, Ф Уменьшение р, а следовательно и расхода жидкости, достигается путем увеличения Ва, а также К. В свою очередь Вп и К являются функциями амплитуды и частоты акустических колебаний. "Поскольку пузырек газа в акустическом поле является колебательной системой, при одной и той же амплитуде акустических колебаний, радиус пузырька будет зависеть от частоты, Из анализа частотной характеристики для пузырька.д+, г-гугде В - средний радиус пузырька; Кп(В, а) - сжимаемость пузырька; р- плотность пара; 0- коэффициент поверхностного катякения;в, РП 1 - частота колебаний, амплитуда следует, что В, имеет максимальное значение при й=осИсследования зависимости К. от амплитуды акустических колебаний Ра показали, что при выполнении соотношения,Ъ /0,5 Т=1, (2) где тм - время захлопывания пузырька;Т - период акустических колебаний в акустической кавитационной области, концентрация пузырьков максимальна и превышает начальную концентрацию более чем на порядок.На фиг,1 представлена зависимость концентрации пузырьков от питающего излучатель напряжения.Таким образом, возбуждение пузырьков акустическими колебаниями, частота которых равна резонансной частоте пузырька с радиусом Во, и амплитудой, определяемой из условия (2), обеспечивает максимальные величины значений Вп и К, а следовательно и максимальное изменение величины р.-5Так, например, для пузырька радиусомВо=5 10 м при резонансной частотеВп/В=23, а вдали от резонанса Ва/Во=5,Далее, для этого же радиуса В из графикафиг.1 для К/Чк имеем:- при выполнении условия тм /0,5 Т=1К/Чк=17 10 см з;- при меньшении или увеличении амплитуды акустических колебаний К/Ч резко10 уменьшается и составляетК/Ч=1 10 смзСпособ осуществляется следующим образом: в жидкость вводится поток газа, иэкоторого образуются пузырьки с радиусом"5 Во. Одновременно в жидкости концентратором формируются ультразвуковая кавитационная область с амплитудой колебаний,определяемой из условия тм /0,5 Т=1, и частотой,равной резонансной частоте первич 20 ных пузырьков с радиусом В; вультразвуковой кавитационной областипроисходит уменьшение плотности жидкости, а следовательно и ее расхода.Осуществление заявляемого способа25 поясняется с помощью устройства, пред ставлейного на фиг.2, Оно содержит каналпеременного сечения 1, соосно размещенный вокруг канала в плоскости минимального сечения сферической твердотельный30 концентратор 2, согласующую линзу 3, установленную в фокальной области 4 концентратора 2, установленный на внешнейповерхности концентратора 2 сферическийпьезоэлектрический излучатель 5, каналподачи ггза 6 с отверстиями для генерирования пузырьков 7,Устройство работает следующим образом,Ультразвуковые колебания, частота которых равна резонансной частоте для пузырьков с радиусом Во и амплитудой,определенной иэ условия т /0,5 Т=1, возбуждаются в пьезоэлектрическом излучателе 5 колебаниями электрического45 .напряжения. Ультразвуковая волна фокусируется концентратором 2 в плоскости минимального сечения канала 1 в фокальнойобласти 4, Акустическое согласование концентратора с каналом 1 в плоскости мини 50 мального сечения производится с помощьюсогласующей линзы 3. Жидкость. протекаетпо каналу 1 через фокальную область 4 концентратора 2, а газ - через канал 6, отверстия 7, фокальную область 4 концентратора55В фокальной области происходит возбуждение пузырьков акустическими колебаниями на резонансной частоте, Наличие вфокальной области пульсирующих пузырь1795161 Таблица 1 ков приводитк уменьшению интегральной плОтности жидкости, что приводит к изменению расхода, а следовательно к расширению диапазона изменения гидравлического сопротивления. 5Ниже приводятся конкретные примеры осуществления заявляемого способа.В табл.1 и 2 приведены характеристики амплитуды акустических колебаний и характеристики колебаний кавитационных пу зырьков в воде при атмосферном давлении, где:1 - частота акустических колебаний;Ь - резонансная частота колебаний пузырьков с радиусом Во, 150,5 Т- полупериод акустических колебаний;Ъ - время захлопывания пузырька;И/Чк - концентрация пузырьков в кавитационной области; Формула изобретения Способ изменения гидравлического сопротивления канала путем введения в жид-, корть потока газа с формированием акустических колебаний переменной амплитуды и фокусировки их внутри канала с помощью акустического концентратора, о тл И ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона изменения гидравлического сопротивления, частота формирования М - количество пузырьков;Ч - объем кавитационной области; Вю- максимальный радиус пузырьков; Рп - амплитуда акустических колебаний.Из анализа таблицы 1 следует, что максимальный радиус пузырьков зависит от частоты колебаний. При резонансной частоте он максимальный.Из таблицы 2 следует, что при тп =0,5 Т концентрация пузырьков в акустической области минимальна.Следовательно, выбор частоты 1 из условия резонансных колебаний пузырька радиуса Во и амплитуды Рв из условия гъ =0,5 Т обеспечивает наибольшее изменение плотности жидкости, а следовательно и ее расхода,ультразвуковых колебаний выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия:тм /0,5 Т=1,где Ъ - время захлопывания пузырька;Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области.1795161 г.2 орректор П.Гереш Реда кто АБ с и ГКНТ СС из каз 416ВНИИПИ Составитель С.ДоценТехред М.Моргентал Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и.открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1