Способ измерения кинетики испарения жидкой капли и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУпц 998931 Союз СоветсиихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 536, .423.1 (088,8) йе аеаам кзааретеккк и аткрнтяйДата опубликования описания 23,02.834 ъ С, Г, Скакун и А, М, Ш Ффов-:-. Уральский ордена Трудового Кйсяжа Знамени государственный университет им. А, М. Го 5 Ькера(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕТИКИ ИСПАРЕНИЯ ЖИДКОЙ КАПЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ па 11,1Изобретение относится к измерительной пехнике, в частности к исследованиюкинетики испарения жидких капель, и может быть использовано в экспериментальных установках по иэучению испарениякапель чистых жидкостей и растворов,процессов теплообмена в аэродисперсныхсистемах, а также в технологических устройствах для контроля эа размером жидких капель в процессах сушки, экстрагирования и т.д,Известны. способ и устройство исследования кинетики испарения жидкой капли, основаннЫе на измерении линейного раэмера. калли с помощью измерительного мик роскопа. Способ и устройство предусматривают создание в рабочей камере газовой среды с заданными параметрами, размещение капли в фокусе оптической схемы микроскопа, ее освещение и определение20линейного размера (высоты) по калиброванной измерительной шкале микроскыОднако описанный способ имеет существенные недостатки: малые быстродействие и точность измерения размера, процесс измерения не поддается автоматиэации.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ, который предусматривает также формирование в рабочей камере парогаэовой среды с заданными параметрами, формирование капли жидкости и размещение ее в фокусе оптической схемы фотоаппарата, освещение капли и,фотографирование череэ определенные промежутки времени, далее по иэготовленным снимкам определение размера капли и вычисление характеристик испарения 2 Устройство, реализующее укаэанный способ, содержит рабочую камеру с системами откачки и напуска газа, систему контроля параметров парогазовой среды. Камера снабжена оптическими вводами для подсветки и фотографирования капли, 3 9фотоаппаратом и системой подсветки степловым фильтром, который служит дляпоглощения тепловых лучей подсветки.Использование подобного устройства определяет наличие оборудования для проявления фотопленки и изготовления отпечатков с изображением капли, измерительного инструмента, оптического илимеханического, для определения по отпечатку размера капли 1 2 .Недостатками этого способа являютсямалое быстродействие (от момента съемки до получения характеристик испаренияпроходит минимум 1,5 ч), трудоемкостьпроцесса измерения, невозможность его.автоматизации, Применение этого способаведет к уменьшению точности измерения(в лучших образцах погрешность состав-ляет 0,01 мм) линейного размера засчет .размытости границ капли на снимкепри неточном расположении ее в фокусефотоаппарата, к усложнению установкиза счет монтажа оптических вводов врабочую камеру для подсветки и фотографирования. Необходим также монтаж тепловых фильтров на подсветке, чтобы нагрев капли лучами света не влиял на пцесс испарения.Цель изобретения - повышение эффективности и точности измерения линейного размера жидкой капли, а также обеспечение возможности автоматизации процесса измерения,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения кинетикииспарения жидкой капли, основанному наопределении изменения линейного размеракапли, помещенной в пррогазовую средус заданными параметрами, парогазовуюсреду с заданными параметрами создаютмежду электродами электрического кон- .денсатора, измеряют его емкость, затемна один из электродов помещают каплижидкости, вновь измеряют емкость обра,зованного конденсатора и по разностиполученных значений судят о размерекапли, а по изменению этой разностиво времени - о кинетике испарения.Устройство для реализации способа,содержащее вакуумную камеру с системой откачки и напуска газа и системойконтроля параметров среды, содержитдвухэлектродный плоскостной электрический конденсатор,.включенный в задаюшую,цепь генератора высокочастотных электрических колебаний, выход которого подключен к электронносчетному частотомеруимеющему цифровой выход, при этомодин электрод конденсатора выполнен в 98931 4вице металлического капилляра, на торцекоторого расположена измеряемая капля,а другой - в виде соосного с капилляромметаллического диска, причем торец капилляра и поверхность диска расположеныв одной плоскости.На фиг. 1 приведена блок-:хема установки; на фиг. 2 - электрический конденсатор, прямоугольная изометрия,Устройство содержит двухэлектродныйплоскостной конденсатор 1, рабочую камеру 2, генератор 3 высокочастотныхэлектрических колебаний, систему 4 откачки и напуска парогазовой среды ,систему 5 контроля параметров среды,электронносчетный частотомер 6 с цифровым выходом, металлический капилляр7, металлический диск 9, измеряемуюкаплю жидкости 8, изоляционную прокладку 10.. Устройство работает следующим образом. Плоскостной двухэлектродный электрический конденсатор 1 (фиг. 1) размещен в рабочей камере 2 так, чторабочее пространство камеры расположено между его электродами, и включен взадаюшую цепь генератора электрическихколебаний 3. С помощью системы 4, со- ЗОдержащей вакуумный насос с ловушкойи баллоны с различными газами, откачнвабт парогазовую смесь из рабочей камеры и напускают вновь до заданных параметров (температура,давление), которые ЗЗ контролируются системой 5, содержащейтермопару и вакуумметр. Затем измеряется частота генератора 3 с помощьюэлектронносчетного частотомера 6, который включен на выходе генератора и 46 имеет цифровой выход, позволяющий регистрировать автоматически измеряемуючастоту. Далее на торце капилляра 7(фиг. 2) формируют каплю исследуемойжидкости 8, емкость конденсатора, опре деляющая частоту генератора, будет определяться уже размерами капли. Электроды конденсатора - капилляр 7 и соосныйс -ним металлический диск 9, изолированыэлектрически друг от друга прокладкой Ю 10, торец капилляра и поверхность дискарасположены в одной плоскости.Изменение частоты с течением времени испарения регистрируется частотомером. По разности первоначальной частоты ЗЗ и текущей определяют размер капли, используя градуировочную характеристику.По изменению разности во времени определяют изменение размера капл д вассчи5 99893тывают такие параметры испарения, какскорос;ь коэффициента испарения и т.д,П р и м е р. Для измерения кинетикииспарения капли воды с плоской поверх-ностиеизготавливают плоскостной элек- этрический конденсатор. Одна обкладкаконденсатора выполнена в виде капилляраиэ нержавеющей стали Х 18 Н 9 Т диаметром2,016 мм, вторая - в виде диска изстали той же марки диаметром 160 мм. 10Торец. капилляра, на котором формируют каплю, и яоверхность диска расположены в-одной плоскости, Обкладки электри.чески изолированы друг от друга с помощью проклацки из тефлона.Конценсатор. 1включают в задающую цепь генератораэлектрических колебаний с собственнойчастотой 10 мГц таким образом, что изменение емкости ведет к изменению частотыгенератора. 2 ОКонденсатор размещают на нижнемфланце вакуумплотной рабочей камерыобъемом 0,022 м, снабженной системой откачки и напуска парогазовойсмеси, системой контроля параметровсредыСистема откачки и напуска содержит форвакуумный насос ВНМГ сазотной ловушкой, баллоны с различными газами и систему кранов, обеспечивающих плавную отначку и напуск газа в . 30камеру, Система контроля содержит имедь-константовую термопару и ампервольтметр" ф 30 для измерения температуры в камере, ртутный вакуумметрдля измерения давления; -Передначалом измерений из камерыпри помощи вакуумного насоса ВНМГоткачивают находящуюся в ней парогазовую смесь и напускают из баллона сухой чистый азот до давления 740 ммрт. ст, Температура в камере, измеренная термопарой, 19,6 С.Далее измеряют частоту генератораэлектрических Колебаний с помощьюэлектронносчетного цифрового частотоме-ра ЧЗА и формируют на торце капилляра каплю дистиллированной воды. Приналичии капли в конденсаторе изменяласьего емкость в зависимости от размеракапли и измелялась частота генератораколебаний, которая также фиксируетсячастотомером через определенные промежутки времени,Электронносчетный частотомер черезинтерфейс ввода-вывода соединен сЭВМВСМ. Информация об измерениис частотомера в цифровом виде. поступаетв память ЭВМ и по мере накопления обрабатывается по заданной программе,1 4По разностям первоначальной и теку- щих частот, используя градуировочную характеристику, определяют размер капли через определенные промежутки времени (высота капли% ). Градуировочная характеристика имеет видЬ2,2429 Й + 4,15001 где Х- разность частот без капли вконденсаторе и с каплей кГц;- высота келли, мм.В эксперименте время между измерениями равно 0,1 с. Погрешность измерения 0,004 мм (среднеквадратичное отклонение).Зная изменение размера с течением времени, определяют характеристики испарения по формулам, которые описывают данную экспериментальную ситуацию (скорость, коэффициент испарения).Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства для его ,осуществления позволяет значительно повысить эффективность исследования про.цессов испарения жидких капель за счет повышения быстродействия измерительной системы (10 измерений за 1 с и более, в то время как известный способ требу ет1,5 ч для получения результата), .увеличить точность измерения лг в 2,5 раза по сравнению с известным способом (погрешность измерения уменьшается до 0,004 мм). Применение способа и устройства позволит полностью автоматизировать процесс измерения и рбработки экспериментальных данных, так.как частота электрических колебаний генератора, несущая информацию о размере капли, об изменении размера, автоматически может измеряться частотомером и в цифровом виде либо регистрироваться автоматически на бумаге, либо непосредственно передаваться в память ЭВМ.Кроме того, значительно упрощается конструкция экспериментальной установки за счет исключения необходимости в монтаже оптических вводов подсветки и фотографирования и соответственно тепловых фильтров.Указанные преимушества позволят применять способ и устройство для исследования процессов темпломассообмена капель различных жидкостей и растворов, особенно быстропротекающих процессов, в аэродисперсных системах, Автоматизация измерения позволит реализовать эффективный контроль эа размером капель в различных технологических устройствах, например химической промышленности.7 9989Формула изобретения 1. Сцособ измерения кинетики испарения жидкой капли, основанный на определении изменения линейного размера капли, помещенной в парогазовую среду с заданными параметрами, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности и точности измерения линейного размера капли, а также обеспе чения возможности автоматизации процесса измерения, парогазовую среду с заданными параметрами создают между электродами электрического конденсатора, измеряют его емкость, затем на один из элек% тродов помещают каплю жидкости, вновь измеряют емкость образованного конденсатора и по разности полученных значений судят о линейном размере капли, а по изменению этой разности во времени о кинетике испарения.2. Устройство для реализации способа, содержащее вакуумную камеру с системой откачки и напуска газа и системой контроля параметров среды, о т л и - . ч а ю щ е е с я тем, что, оно содержит 31 8двухэлектродный плоскостной электричес-,кий конденсатор, включенный в задающуюцепь генератора высокочастотных электрических колебаний, выход которогоподключен к электронносчетному частотомеру, имеющему цифровой выход, приэтом один электрод конденсатора выполнен в виде металлического капилляра,на торце которого расположена измеряемая капля, а другой - в виде соосногос капилляром металлического диска,причем торец капилляра в поверхностьдиска расположены в одной плоскости.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Дунский В. Ф., Яцков Ю. В. Медленное испарение капель раствора. -Инженерофиэическийжурнал, т. ХХХ 1 У,1978,2, с. 205-211,2. Шиманский Ю. И. и др, Экспериментальное исследование скорости испарения капель воды в атмосфере воздухаи углекислого газа в условиях термостатирования поверхности капли. - Украинский физический журнал, т. 17, 1972,9, с, 1528-1534 (прототип).998931 1145/66 Тираж 871 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаушПодпися а СССР ткрытий скан наб., д иал ППП Патент", г. Ужгород, улПроектна Составитель В. ГусеваРедактор С. Патрушева Техред М.Гергель Корректо