Способ определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствия и устройство для его осуществления

Изобретение относится к исследованию аэрозолей и может быть использовано при изучении механизма улавлива"ния и осаждения пылей, дымов, туманов и парожидкостных смесей в пробоотборных, воздухоочистных устройствах,паровых и газовых турбинах, а такжепри изучении обледенения поверхностилетательных аппаратов, 10Цель изобретения - повышение точности и скорости определения зоныи коэффициента захвата при осаждениичастиц иэ аэрозольного потока на препятствия при изменении параметроваэрозольного потока и геометрии препятствияНа фиг. 1 представлена схема устройства для определения зоны и коэф.фициента захвата; на фиг. 2 - схемаисследуемого препятствия; на фиг.З -узел 1 на фиг, 2; на фиг. 4 - схемапроведения эксперимента но.определению степени взаимовлияния поверхностных электрических зондов; на фиг,5 - 25схема проведения эксперимента по определению зоны и коэффициента захватапри взаимодействии аэрозольного потока с плоской поверхностью,Устройство для осуществления способа определения зоны и коэффициентазахвата представляет собой аэродинамическую трубу (фиг. 1), в форкамере 1 которой за хонейкомбом 2 установлены распыляющде форсунки 3 геке 55ратора 4 аэрозоля. На выходе йоркамеры 1 перед сопловым аппаратом 5установлена, например, металлическаясетка 6. Генератор 4 аэрозоля и сетка 6 электрически изолированы от стенок аэродинамической трубы. К сетке.6 подключен высоковольтный электродисточника 7 высокого напряжения, Генератор 4 аэрозоля и источник 7 высокого напряжения заземлены через общий микроамперметр 8. В рабочем участке 9 аэродинамической трубы установлены измеритель дисперсности 10 иконцентрации аэрозольных частиц иисследуемое препятствие 11 с установ"ленными на нем электрическими зондами 12, изолированными друг от другаи от поверхности препятствия и заземленными через микроамперметры 13и 14. Воздушный поток в аэродинамической трубе создается вентиляторной55установкой 15.Конструктивно препятствие выполнено в виде отдельных частей, способных изменять свое положение относительно друг друга и вектора скорости 7 набегающего потока заряженной аэрозоли. В качестве примера на фиг. 2 изображено препятствие, представляющее собой отсек механизированного крыла летательного аппарата. Предусмотрена возможность изменения угла атаки а и углов отклонения предкрылка Р и однощелевого закрылка д . Наповерхности препятствия заподлицо с ней укреплены плоские электрические зонды - металлические пластины на изолирующей подложке, Они размещены таким образом, что покрывают всю поверхность препятствия и не имеют электрического контакта с ней и друг с другом. Технологические зонды могут быть выполнены, например, травлением фольгированных листов диэлектрических материалов или какылением металла на диэлектрическую подложку. Форма зонда произвольна, а размеры определяются зарядом, переносимым аэрозолем, и чувствителькостью измерителей тока. Каждый зонд подключен к индивидуальному измерителю тока, например, микроамперметру 13. Возможно последовательное подключение всех зондов через коммутирующее устройство 16 к одному измерителю тока с одновремен-, ным измерением суммарного тока, текущего на землю от всех зондов, общим микроамперметром 14 (Фиг.З).Способ осуществляется следующим образом. Вентиляторной установкой 15 аэро-динамической трубы создают воздушный поток, в который распыляющими форсунками 3 генератора 4 аэрозоля, установленными в форкамере 1 перед сеткой 6 вводят частицы аэрозоля, например, дистиллированной воды. С помощью источника 7 высокого напряжения создают между распыляющими форсунками 3 и сеткой 6 электрическое поле, в котором осуществляют индукционную зарядку час" тиц. Параметры генератора 4 аэрозоля устанавливают такчтобы обеспечивалась постоянная плотность потока аэрозоля в поперечном сечении рабочего участка 9 аэродинамической трубы, При зарядке частиц аэрозоля, учитывая различные виды электростатических сил, действующих на частицу, подбирают параметры электрического поля таким образом, чтобы траектории частиц практически не зависели от их заряда.5 15 э 0397Микроамперметром 8 измеряют ток переноса 1 переносимый заряженным аэрозольным потоком Вычисляются местные коэффициентызахвата12; Б1 1 17 У1 1 1 О где ; - площадь проекции -го участ-,ка препятствия,Определяются зоны захвата из условия 12. Ф 0 и по известной схеме рас 1положения каждого электрического зонда 12 на поверхности препятствия,При использовании в качестве измерителей тока микроамперметров 13и 14 по известным площадям проекцийпрепятствия и поперечного сеченияаэрозольного потока шкалы микроамперметров непосредственно градуируютсяв значениях коэффициента захвата,При этом одновременно измеряются местные и общие коэффициенты захвата, длячего измеренные микроамперметрами 13токи осаждения 1 2; от каждого изэлектрических зондов 12 подаются наобщий измеритель тока (микроамперметр 14). 4ш = - Я3где Я -жидкостиКОсть жид ССОВЫЙК - рад ход распыляемой частицы; - плотчастиц, пролетающих за время 1 через поперечное сечение Я рабочего участка 9. 3В случае полидисперсного аэро по известной функции распределения аэрозольных частиц по размерам, расходу жидкости О, току 1 определяются средние масса и заряд одной частицы, Заряд частиц можно определить также аспирационным способом.Микроамперметрами 13 измеряются токи осаждения 12;, текущие на каждый 1-й электрический зонд 12, размещенный на поверхности препятствия 11. Микроамперметром 14 измеряется суммар. ный ток осаждения 1 2, обусловленный осаждением заряженных частиц аэрозоля. Измеряется площадь У проекции препятстия 11 на плоскость, параллельную плоскости поперечного сечения рабочего участка 9 аэродинамической трубы.Количество аэроэольных частиц, осевших на препятствие за время1 2определяется как и =Ч золя Измерение токов, а следовательно,коэффициента и зоны захвата производится в процессе изменения факторов аэрозольного потока и геометрии исследуемого препятствия 11, Точность измерения определяется размерами зондов и точностью амперметров и практически не меняется при появлении на по 40верхности препятствия пленки жидкости. Это подтверждается результатами эксперимента (фиг. 4) по определению степени перетекания заряда на соседние зонды при падении единичной заряженной капли на центр 1-го зонда ес 9ли все зонды покрыты пленкой дистиллированной воды толщиной 2 .10 м, Исследовались элек:рические зонды 12 шириной 10 10 и с диэлектрической-ьперемычкой между ними 1 10 и, По оси абсцисс графика отложены номера электрических зондов 12, по оси ординат - отношения токов, текущих на -е зонды, к току, переносимому 5заряженным аэрозольным потоком. Видно, что утечки токов на соседние электрические зонды 12 не превышают 52 В общем случае утечки токов зависят от объемной проводимости жидкости. Количествосевших бы н о аэрозольных а поверхностьбы ликии тока н астицрепяоткл еслись пре я ствием, определяет ОВ к 11. = 1 в 1 ьгде 1- ток выноса иэ генератора 4 аэрозоля; 1 у - ток утечки на сетку 6 при осаждении на нее заряженных частиц аэрозоля (во избежание утечки тока по тракту подачи распыляемой жидкости все элементы конструкции генератора 4 аэрозоля не связаны с землей),Измерителем 10 дисперсности определяется функция распределения аэрозольных частиц по размерам.В случае использования в генераторе аэрозоля форсунок 3 с монодисперсным распылом масса ш и заряд с 1 одной сферической частицы Взр еЕ,Т ф ы сЭ ости; М = -- количествоЯ Отсюда вычисляется общий коэффициент захватаи 1251 1,Ъ 7На Фиг. 5 представлены результаты определения коэффициентов и зоны захвата при изучении взаимодействия осесимметричной двухфазной струи,5 истекающей из сверхзвукового сопла распыляющей Форсунки 3 генератора 4 аэрозоля и распространяющейся вдоль плоской металлической поверхности исследуемого препятствия. 11, Распыляющая форсунка 3 устанавливается на расстоянии 0,015 м от поверхности исследуемого препятствия 11. Расход распыляемой жидкости Я составляет 0,003 кг/с, степень нерасчетности сверхзвукового сопла д = 1,б. При то ке переноса 1 = 4 10 А ток осаждения 1 на пластину составляет 22 10 А.Ось абсцисс графика совмещена с поверхностью пластины и совпадает по20 направлению с осью аэрозольного потока. Ось ординат также совпадает с поверхностью пластины, Расстояние по осям отсчитывается от выходного сечения распыляющей Форсунки генератора 25 аэрозоля. На графике сплошными линиями показаны зоны с одинаковыми значениями коэффициентов захвата, а зоны захвата заштрихованы, При построении графика учтена симметрия картины рас 3 пределения коэффициентов и зоны захвата относительно оси струи.Использование предлагаемого способа определения зоны и коэффициента по сравнению с существующими имеет ряд преимуществ, связанных с возможностью 35 измерений в процессе изменения Факто" ров аэрозольного потока, геометрии и пространственного положения исследуемого препятствия. Увеличение скорости обработки экспериментальных данных позволяет в этом случае определять мгновенные значения Еи положение зоны захвата на поверхности препятствия. Кроме того, предлагаемый способ позволяет проводить одновременные измерения как общих (интегральных), а так и местных (локальных) коэффициентов захвата с достаточно высокой степенью точности благодаря применению5 О точных измерителей тока и возможности " изготовления и установки на поверхности препятствий малоразмерных поверхностных электрических зонцов,Использование в предлагаемом устройстве индукционного метода заряжения аэрозоли обусловлено простотой переоборудования существующих аэрозольных аэродинамических труб и возможностью применения в генераторах заряженной аэрозоли различных типов распыляющих форсунок, При этом в качествевысоковольтного электрода используется элемент конструкции аэродинамической трубы - сетка 6, служащая для устранения неравномерности распределенияскорости воздушного потока в форкамере аэродинамической трубы. Формула изобретенияСпособ определения зоны и коэф Фициента захвата при осаждении частиц на препятствия, включающий ввод частиц, распыляемых генератором аэрозоля в воздушный поток, создаваемый аэродинамической трубой, измерения площади И проекции препятствия, установленного в рабочем участке аэродинамической трубы, на плоскость, параллельную плоскости поперечного сечения аэрозольного потока, дисперсности и концентрации аэрозольных частиц, подсчет количества частиц, осевших на поверхность препятствия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и скорости определения эоны и коэффициента захвата при изменении параметров аэрозольного потока и геометрии препятствия, предварительно заряжают частицы аэрозоля, определяют ток переноса 1 переносимый заряженными аэрозольными частицами через поперечное сечение аэродинамической трубы 3, измеряют электрические токи осаждения 1, текущие на различные участки поверхности препятствия при осаждении на них заряженных частиц, и определяют коэффициент за 1 аЯхвата по формуле Е. = , а зону захватя из условия 1г О.2, Устройство для определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствия, содержащее аэродинамическую трубу с последовательно размещенными в ее форкамере генератором аэрозоля и детурбулиэирующей сеткой, а также пробоотборник для измерения дисперсности аэрозоля и препятствия, установленные в рабочем участке трубы за детурболизирующей сеткой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и скорости определения зоны и коэффициента захвата, генера 9 15"0397 отор аэрозоля и детурбулизирующая сет- дополнительно введенный в устройство ка электрически изолированы от дру- измеритель тока заземлен, на поверхгих элементов конструкции аэродина- ности препятствия установлены электмической трубы, детурбулизирующая рически изолированные от поверхности сетка подключена к полюсу дополни 5препятствия и друг от друга металлительно введенного в устройство источ- ческие зонды, каждый из которых через ника высокого напряжения, противопо- дополнительный измеритель тока заэемложный по знаку полюс которого под- лея.ключен к генератору аэрозоля и через1520397 Составитель И. РогаТехред Л.Олийнык едактор Н, Ла и и открытиям при ГКНТ СССнаб., д, 4/5 ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Производственно-и Заказ 6749/44ВВПВИ Государственного113035,Тираж 789комитета по иэобретМосква, Ж, Раушс вКорректорИ. ИаксимишинецПодписное