Зонд для изокинетического отбора пробы

(59 4 0 01 И 1/22 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Об 4 ь фуф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова(56) Авторское свидетельство СССР1032354, кл. С О 1 М 1/22, 1983,Ларионов И.Д., Сыромятников Н.И.0 структуре пристенной зоны дисперсного потока при продольном обтекании плоской пластины. - Инжене.рнофизический журнал, 1972, т. 23,4, с, 646-649.Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В Теоретическая гидромеханика,т. 1-М, физматгиз, 1963, с, 321-328.(54) ЗОНД ДЛЯ ИЗОКИНЕТИЧЕСКОГО ОТБОРА ПРОБЫ(57) Изобретение относится к зонду для газокинетического отбора пробы, может быть использовано при исследованиях гидромеханики двухфазных потоков и позволяет повысить точность измерения. Зонд содержит отборную трубку (Т) 1, установленную навстречу потоку среды, термоанемометрические датчики 2 и 3 с чувствительными элементами (ЧЭ) 4 и 5, служащие для обеспечения изокинетичности отбора пробы. Датчик 2 установлен на входе в Т непосредственно, а датчик 3 с помощью держателей (Д) 6, закрепленных на корпусе Т, вынесен по потоку на расстоянии не менее трех диаметров Т. Чувствительные элементы 4 и 5 датчиков ЯО, 1280478 А 2 2 и 3 установлены перпендикулярнодруг другу. Зонд снабжен дополнительной системой термоанемометрическихдатчиков с ЧЭ 7, 8, 9, 10, размещенных с помощью Д 11, 2, 13, 14по сторонам квадрата. Центр квадрата совпадает с осью отборной Т,аплоскость перпендикулярна ей и смещена от входа в Т вниз по потоку нарасстояние, не превышающее двухдиаметров Т. 7 ил.аи+48= -- (1+ -- -) и+4 1 2 а 11+4 1 п 2 а метр отб а ой- нар ужныи трубки, смещение вниз по т У а трукост току ческих датчико й стенки трубк о наружм,рукцию зонда о расположенных а датчиков позв е в кон имметрич в вадра ить д ст плоскостную яет прои 25ориентацию трубки. Расстояние отвхода в трубку, на котором находится плоскость размещения термоанемометрических датчиков, и расстояние от датчиков до стенки трубкиопределяются необходимостью размещения чувствительных элементов датчиков в кольцевой струе, возникающей вокруг входной части зонда приего настройке до начала отбора-про бы. Тогда даже при малом нарушениипараллельности оси трубки и вектора скорости потока, возникает разница в показаниях датчиков, являющаяся сигналом о необходимости пово рота трубки,Как показывают наблюдения, распад струй при отрывном обтеканииначинается на определенном расстоянии от носовой части обтекаемого те ла. Это расстояние составляет 2-3толщины тела. Поэтому размещениеплоскости датчиков на расстоянии неболее двух диаметров трубки от еевхода обеспечивает омывание чувст вительных элементов датчиков полностью сформировавшейся, но еще нераспадающейся отрывной струей, чтогарантирует получение стабильныхсигналов датчиков55 Расстояние от ик о ст ов д енся по уравнеает размеще ки трубки ра нию (1), что ние чувствит ков в отрывн печ ентов датчиПри этом учитру 1 128047Изобретение относится к устройствам для исследования текучих сред, а именно к зондам для отбора проб текучих сред с целью определения концентрации твердых частиц в потоках жидкостей или газов, может быть использовано при исследованиях гидромеханики двухфазных потоков, а также в различных отраслях промышленности при определении содержания 10 механических примесей в потоках жидкостей или газов, движущихся в трубопроводах или технологических аппаратах, и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. 15 У 1032354.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет точной ориентации отборной трубки зонда навстречу потоку, 20На фиг. 1 изображен изокинетический зонд, общий вид; на фиг. 2 - вид на отборную трубку со стороны входного отверстия, на фиг. 3 - вид сбоку на входную часть отборной трубки; на фиг. 4 - картина обтекания затупленного тела потоком воздуха с частицами графита; на фиг. 5 - результаты расчета формы оторвавшихся струй; на фиг. б - схема симметрич-. ного отрывного обтекания тела; на фиг, 7 - схема несимметричного отрывного обтекания тела.Зонд содержит отборную трубку 1, установленную навстречу потоку среды, термоанемометрические датчики 2 и 3 с чувствительными элементами 4 и 5, служащие для обеспечения изокинетичности отбора пробы. Датчик 2 закреплен непосредственно на входе в трубку,а датчик 3 с помощью держателей б, закрепленных на корпусе трубки, вынесен вверх по потоку на расстояние не менее трех диаметров трубки. Чувствительные элементы 4 и 5 датчиков 2 и 3 установлены перпендикулярно друг другу. Для обеспечения точной ориентации зонда навстречу потоку зонд снабжен дополнительной системой термоанемометрических датчиков с чувствительными элементами 7-10, размещенных с помощью держателей 11-14 по сторонам квадрата (фиг. 1 и 2), центр которого совпадает с осью отборной трубки, а плоскость перпендикулярна ей и смещена от входа в трубку вниз по потоку на расстояние Б (фиг.3), не превосходящее двух диаметров 8 2трубки, причем чувствительные элементы 7-10 размещены на расстоянии (фиг. 3) 1 от стенки трубки, рассчитываемом по уравнению: размещения чувствительныхэлементов термоанемометрических датчиков, м;- расстояние от чувствительных элементов термоанемометтывается диаметр отборной трубкизонда.Порядок расчетов с использованием уравнения (1) следующий.Численные значения диаметра трубки Й и принятой величины расстоянияот входа в трубку до плоскости размещения термоанемометрических датчиков 8, не превосходящего 26, подставляются в уравнение (1). Такимобразом, получают нелинейное относительно 1 уравнение, Затем численно решают это уравнение. В результате получают значения расстоянияот чувствительных элементов термоанемометрических датчиков до стенкитрубки 1,Размеры держателей определяютсяпри обычном конструировании с учетом удовлетворения вибрационных ипрочностных требований.Положительный эффект достигаетсяпри использовании явления возникновения в потоке, несущем твердые частицы, зон отрыва и расслоения потока при обтекании эатупленных тел,Роль затупленного тела играет отборная трубка зонда в режиме, когдаотбор пробы еще не производится,поток внутрь трубки не засасывается и она продольно обтекается кактело беэ отверстия. Такой режим имеет место в начале операции по отбору пробы, когда трубка только установлена в потоке и побудитель расхода среды через трубку еще не включен.Пример картины обтекания затупленного тела потоком воздуха, несущего частицы графита, показан нафиг. 4. Скорость потока 23,5 м/с,толщина обтекаемого тела 7 мм, средний размер твердых частиц 70 мкм.Фотография получена при поперечномпросвечивании потока световым пучком. Окало поверхности обтекаемоготела вблизи его носовой части возникают доны отрыва потока, характеризующиеся резким снижением концентрации твердых частиц. Отрывные зоныограничены отрывными струями, в которых на расстояниях в две - тритолщины тела от его носа концентрация частиц повьппена. Далее по потоку отрывные струи размываются и неоднородности концентрации уменьшаются.При симметричности тела и параллельности его оси вектору скорости 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 набегающего потока картина обтекания симметрична, что проявляется всимметричности формы зон отрыва иформы отрывных струй. При косом обтекании симметрия течения нарушается, Схемы симметричного и несимметричного обтекания затупленного телапоказаны на фиг. 6 и 7. Из представленных схем видно, что при косомнесимметричном обтекании тела однаиз отрывных струй прижимается к поверхности тела, а другая отдаляетсяот нее, Соответственно изменяютсяразмеры зон отрыва потока.Оснащение зонда системой термоанемометрических датчиков, симметрично расположенных вокруг отборнойтрубки и погруженных в кольцевуюотрывную струю, позволяет измерятьи сопоставлять скорости потока в различных участках по окружности этойструи. Равенство скоростей в сходственных точках указывает на симметричность обтекания трубки, т.е. напараллельность ее оси вектору скорости набегающего потока и на точнуюориентацию отборной трубки навстречупотоку, Симметричное расположениедатчиков обеспечивается размещениемих чувствительных элементов по сторонам квадрата, центр которого совпадает с осью отборной трубки, аплоскость перпендикулярна ей,Таким образом, зонд представляетединую конструкцию, содержащую однотипные элементы, обеспечивающие повьппение точности измерения за счетвысокой изокинетичности отборапробы и точной ориентации отборной трубки зонда навстречу потоку.При набегании на отборную трубку,когда отбор пробы не производится,поток тормозится Перед ее входнымотверстием и обтекает трубку какзатупленное цилиндрическое тело собразованием кольцевой отрывной зоны и кольцевой отрывной струи, Припараллельности оси трубки векторускорости набегающего потока отрывная зона и отрывная струя симметричны относительно поверхности трубки. Картина обтекания совпадает с известным в гидродинамике случаем обтекания тел идеальной жидкостью с отрывом струй. Для случая обтекания затупленного тела с плоским носом имеется теоретическое решение, в котором получены уравнения для6+42 а, р+4 Е(+ -2- )+ еюгя ппщоюа 7пендикулярна ей и смещена от входа в трубку вниз по потоку на расстояние не более двух диаметров трубки, а расстояние от чувствительных элементов датчиков до наружной стенки трубки рассчитывается по следующему уравнению: 1280478 8где й - наружный диаметр отборнойтрубки, м;Б - смещение от входа в трубкувниз по потоку плоскости раз 5мещения чувствительных элементов термоанемометрическихдатчиков, м;- расстояние от чувствительных элементов термоанемометрических датчиков до наружной стенки трубки, м.1280478 ОтриМе струи Налраление 6 именуя лпютекаемпе лмио рибера мууга Жтекаемое 3ОАпекаемае Составитель И.Ландсбередактор Н,Горват Техред А.Кравчук орректор Л.Пилипенк Заказ 7059/47 Тираж 778 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., одписноССР