Стенд для испытания движения жидкости и газа в проницаемых материалах

. СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК и 9)8 Оои 1 9601 М 15/ Пи ть во СССР1982 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) 1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА В ПРОНИЦАЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащий напорную емкость для испытутельной жидкости, которая соединена через блок очистки и блок датчиков расхода с камерой для образца, выполненной в виде двух труб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала и заключе-, на в корпус с отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок регуляторов расхода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эЯективности испытаний, напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления через двух- ходовые клапаны, а одна из труб камеры для образца через запорный клапан соединена с байпасной трубой, которая посредством сужающего элемента соединена со сливной емкостью в верхней ее части, а над проницаемой частЪю первой трубы камеры для образца дополнительно установлена пористая пластина, снабженная одной или несколькими трубками, соединенными С с линией подвода газа или жидкости.г2. Стенд по п.1, о т л и ч а ю- Я щ и й с я тем, что относительно )вел проницаемой части первой трубы камеры для образца коаксиально и с зазо- р ром установлен трубчатый пористый элемент.5 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частностик устройствам для гидродинамическихиспьгганий, и может быть использованодля изучения характера движения газа, жидкости или двухфазных потоковчерез проницаемые материалы.Известна установка для испытанийдвижения жидкости и газа в прони-.цаемых материалах 1 , 10Однако при проведении гидравлических испытаний пористых металловнеобходимо в качестве рабочих жидкостей испольэовать ядовитые и взрывоопасные жидкости.Наиболее близким к предлагаемомуявляется стенд для испьггания движения жидкости и газа в проницаемыхматериалах, содержащ 1 й напорную емкость для испытательной жидкости, 20которая соединена через блок очистки и блок датчиков расхода с камеройдля образца, выполненной в виде двухтруб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой 25трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала и заключена в корпус с отверстиями дляподвода газа или жидкости, втораятруба камеры для образца через блок Зцрегуляторов расхода соединена сосливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединеныс источниками вакуума и давления ,2.Недостатками известного стенда 35являются невысокая эйфективностьиспытаний, которая обусловленадлительностью подготовки стенда киспытаниям, сложность проведенияиспытаний проницаемых материаловпри однойазном и двухйазном режимах течения жидкости, а также не воэможность моделирования режимовдвухйазного течения жидкости,Цель изобретения - повышение зфйекгивности испытаний.Указанная цель достигается тем,что в стенде для испытания движенияжидкости и газа в проницаемых материалах содержащем напорную емкость для испытательной жидкости,которая соединена через блок очисткии блок датчиков расхода с камеройдля образца, выполненной в видедвух труб, между торцами которых 55размещен образец, причем часть первой трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала и заключена в корпус с отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок регуляторов расхода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления, указанные емкости соединены с источниками вакуума и давления через двух- ходовые клапаны, а одна из труб камеры дпя образца через запорный клапансоединена с байпасной трубой, которая посредством сужающего элемента соединена со сливной емкостью в верхней ее части, а над проницаемой частью первой трубы камеры для образца дополнительно установлена -пористая пластина, снабженная одной или несколькими трубками, соединенными с линией подвода газа или жидкости.Кроме того, относительно проницаемой части первой трубки камеры для образца коаксиально и с зазором установлен трубчатый пористый элемент.Для интенсификации испытаний возможно выполнение камеры для образца в виде нескольких равных отрезков труб, установленных последовательно, между торцами которых закреплены образцы, а в промежутках, на равных расстояниях от них, выполнены отверстия для отбора давленияНа йиг,1 изображен предложенный стенд; на Аиг.2 и 3 - соединение байпасной трубы со сливной емкостью, варианты; на йиг.4 - генератор пузырьков, вариант исполнения; на йиг.5 камера образца; на Лиг.б - вариант крепления трубчатого элемента в камере.Стенд для испытания движения жидкости и газа в проницаемых материалах содержит напорную емкость 1 с испь 1 тательной жидкостью 2 и предохранительным клапаном 3. Двухходовый клапан 4, в зависимости от режима работы, соединен или с источником давления Рн или с источником вакуума Р н . Напорная емкость 1 соединена трубопроводом с блоком очистки, состоящим из фильт- ров 5 (тонкость Фильтрации фильтров одного порядка со средним диаметром пор испытываемого образца) и датчика 6 перепада давления, снгнализирующего о засорении блока очистки. Блок очистки подсоединен к блоку датчиков расхода, который содержит отсечные клапаны 7 и набор датчиков 8-10 рас 3 11255фхода. Стенд содержит также отсечной клапан 11. Через Фильтр 12 (тонкостьфильтрации в 2-3 раза меньше среднего диаметра пор образца предназначена для Фильтрации микрочастиц износа, образующихся при работе отсечных клапанов 7 и датчиков 8-10 расхода) блок датчиков расхода соединен с камерой 13 образца, которая, в свою очередь, через отсечной клапан 11 и блок ре гуляторов 14-16 расхода подсоединена к сливной емкости 17 в ее нижней части. Сливная емкость 17 снабжена предохранительным 18 и двухходовым 19 клапанами, последний может быть сое динен илис источником давления Р или с источником вакуума Р с . Байпасная труба 20 с отсечным клапаном 21 подсоединена параллельно камере 13 для образца к нижней части напорной 20 емкости 1 и к верхней части сливной емкости 17 и снабжена сужающим элементом 22, причем сужающий элемент в одном случае (Фиг.2) может быть выполнен в виде трубки Вентури, сое диненной со сливной емкостью 17 по сечению с минимальным статическимдавлением, а в другом варианте(Фиг.3) в виде распыливающей Форсунки, когда на деаэрации испытательной ЗО 1жидкости 2 предъявляются менее жесткие требования. Трубопровод 23(Фиг,1) с отсечным клапаном 24 предназначен для обратной перекачкииспытательной жидкости 2 из слив- З 5 ной емкости 17 в напорную емкость 1.Генератор пузырьков (Фиг.4) представляет собой тройник 25, одна из стенок которого выполнена прозрачной (для визуального наблюдения 40 и регистрации), к другим концам тройника подсоединены линия подводагаза с запорным элементом 26 датчиком 27 расхода газа, регулятором 28 расхода и линия 29 подвода жид кости с запорным элементом, датчиком 30 расхода и регулятором 31 расхода.Кинокамера 32 и осветитель 33 предназначены для регистрации объемагазового пузырька 34 (или капли 50 жидкости) и определения частотыследования.Камера 13 образца (Фиг.5 и 1) содержит пористую трубу 35, заключенную в корпус 36 с отверстием 37 для 55 подвода газа или жидкости. Коаксиально и с зазором относительна пористой трубь; 35 закреплен трубчатый элемент 11 438, а перед пористой трубой 35 герметично установлена пористая пластина 39, снабженная трубкой 40, Для визуального контроля и регистрации структуры двухфазного потока предназначены иллюминаторы 4 1. Испытываемые пористые образцы 42-44 герке тично закреплены между торцами труб, имеющих на равном расстоянии . от плоскости образцов отверстия 45- 48 для отбора давления,Стенд работает следующим образом. 1После заправки напорной емкостииспытательной жидкостью 2 к напорной емкости 1 через двухходовой клапан 4 подключается источник давления Ря, а к сливной емкости 17 аналогично источник вакуума Рс, например жидкостной эжектор. После открытия отсечного клапана 21 происходит перекачка испытательной жидкости 2 по байпасной трубе 20 через сужающий элемент 22, например трубу Вентури. Поскольку трубка Вентури подсоединена к сливной емкости 17 сечением с минимальным статическим давлением, то уже в этом сечении происходит выделение газа, а истечение в вакуум полностью диазирует жидкость. Так как происходит распыл жидкости и падение ее капель с высоты сливной оемкости в вакуум, то время дегазации определяется только временем опорожнечия емкости. 1, На следующем этапе сливная емкость 17 соединяется с источником давления Р, а напорная емкость 1 при открь 1 тых 7 и закрытом 11 клапанах вакуумируется Р после открытия клапана 24 происходит опорожнение сливной емкости 17 и заполне - ние напорной емкости 1, трубопроводов, блоков очистки, блока датчиков расхода и камеры 13 образца испытательной жидкостью 2, Заполнение напорной емкости 1 на этом этапе, с целью более полной дегазации, можно осуществить аналогично предыдущему этапу, т.е, трубопровод 23 с отсечным клапаном 24 выполнить в виде второй байпасной трубы, подключив последнюю к верхней части напорной емкости 1 через Форсунку. По заполнении напорной емкости 1 клапаны 24, 21 и 7 закрываются, сливная емкость вакуумируется, напорная емкость соединяется с источником давления, после чего стенд готов к испытаниям.После установки соответствующегорежима течепия, чта обеспечиваетсяэлектрической св 51 зью.;чиков расходас соответствуюпими регуляторами расхода, например 8 с 14, 9 с 15, 10 с16 и при открытии клапанов 7 и 11,жидкость 2 под действием разностидавления между напорной емкасть 1 о 1и сливной еикостьто 17 протекает черезкамеру 13 образца.,При этом возможно моделированиеследутощих течений,Течение сднофазпой жидкости черезобразцы 42-АА. В этом случае необходимо заглушить отверстие 37 и атверстие в трубке АО.Течсцие одцофязнай жидкости с одино 1 ньтми газовыми пузттрькати, Генератор пузырьков подклточен. к трубке 40,а отверстие 37 заглушена. Частотаследования пузырьков и их размерыОпределяютс 51 ссответству 1 ощей настрой1кой рег 5151 яторав 28 и 30 расходаданные величины г 11 иксиру 1 отся кинокамерой 32 в проходящем свете.Пористая пластина 39 создает равномерный т,турбулептный) профиль скарости и сглаз;.ивяет возмущение возникающее из-за трубктт 10 что предатв 5 я 111 ае остилтх 1 яц"и гязсвога пузырь ка 34 при его отрыве ат отверстия трубки 40.ДВУХГОЯЗНОЕ гЕЧЕ;111 Е С ПУЗЬ 1 ВЬКОВОй струк.туран .-.татока Через отверстие 27 осуществ;тен подвод газа к парис тсй трубе 35 ат регулятора 28 расхоца генератора пузттрт.ков, Газосацержание двухфазна 10 потока изменяетгя в зявис 111101 сти От нястраики рттгугп 151 тст 1 я 28 сясходя, Параметры 40 И С 1 РтттгтттР.т ттагСКЯ О 111 КСТ 1 РУ 1 ОТС 51 ПО ПОКЯЗЯНИЯМ ОЛО 11 Я ДЯТЧИКОВ Расткада жидкости и;:;11 тчнтга 27 расхода газа, а гякже терез иллтоминятары Ь.1 камерыДвухфтаз 11 ое течение са снарлдной, КОЛЬЦЕВОЙ 1 П 11 ЕЦО 11 ЦОИ) СТРУКТУВОйпатока,От,)111-.1".гт.:11 ьня; асасеттнас "1 ь дяцТГ 1 ЧЕтптй - ИХ:1 ЕустайЧИВОС ГЬ.Ч 1 С И 011511 ПГ 11151 СТ 1 Ртч 1111 СС И ПРИ "1 Хмсдетптрава 1-:1 цт. Пат 1 более простоМсдс;".,1 ру 5 СТСЛ Сцарядттцй рвжИМ, ХатяВ ЦЕК .1 ТОР 11." агтУт 111 ЯХ ГРаттсХОДИТ ВЯЗРУШЕПИЕ Пуэт.,трай .т ПЕОЕХад К ПуЗЫрЪКО твой или тготлт,ценой структурам пстокя-,ПЯЛ 1 ЬЧИЕ гру 1" тт 1 ТОГО ЗЛЕ 11 Ецтя 38 В Кя;,;Ере 13 11 азва 15:ет избежать этих труднастей. При моделировании этих режимов испытательная жидкость 2 подается через отверстие 37.и пористуютрубу 35 в зазор Р, а подача газав камеру 13 осуществляется или черезфильтр 12, стсоединенный ат трубопровода, или через трубку 40. В зависимости от соотношения расхацав газаи 11 а.дкотсти няблюдятотся или снарядныйили кольцевой режимы. Налиттие грубчатого элемента 38 создает устойчивое течение жидкости вдоль стеноккамеры, Толщина пленки жидкости 511на стенке камеры регулируется: оответстпующим изменениям наружного 51и внутре него 52 диаметров па длинеь трубчатого элемента 38,При подаче газа через отверстие37 1 три определенном расхсдс жилкастиггормируется поток типа "свободная11струя за счет оттеснения жидкостигазам от стенок камерт 1, С цельто повышения устойчивости струи, стенка49 трубчатого элемента 38 выполненапористой что при определенном зазоре Р дает возможность газу из за -заря дополнительно перетекать черезпористую стецтг -19 и фо 1)мировятьповерхность 53 раздел; струи тпре 1:ятетнуя Саттр 1 тКОС 11 ОВЕНИто жнцКОСтн 2со стецками камеры 13 гцтлать до образца тт 2. Поскольку на форы рование1границы раздела фаз наибольшее вгптяние оказывает изменение гидрявл 11 ческчх сопротивлений пористои трубы35 и пористой стенки 19, а их величины определяются как толщиной пористого материала, .Як и его пронипяемостью, то толщины и проницаемости пористой трубы 35 и пористой стенки 49 могут бьгь выполнены ттетэемепттыми па длине камеры 13, Поскольку наибольтпнйФ 11интерес прецставляет цятекяние свабоцнои суруи 11 гидкасти под 11 азц,гмиуГЛ.Т 1151 1-ггКГПО;1 а, та ОбряЗЕД -т МожЕт/ тбыть установлен в камсре 13 пад рязныти углами к оси после:тней.Члтттта 1 ттрубЧЯТОд гт Элочпттазависит о" диаметра т;ям=:вы 13, я оп -тимальцые рас.таяния от кацця трубча"Огс эле 11 е 111"Я 38 да ттл, скости образца -12;тявисят ст режима течения,ОТЦО 111 Е 1111 Е ПСЛ 11 ЧИ 11 Ы ЗЯЗСРЯ С К ДЛИце 1, Т 11 у;,чятго элема 11 я 15 дсл а.аудо;.летварптт. неравецствуО С 6 ( 10Птасле перетекания всег. Обь-.маис 11111 ТЯТИ 1 тнайт ,тткости Всливную емкость 17 весь цикл повторяетсяИспользование предложенного стенда дает возможность получить досто верные экспериментальные данные по течению жидкостей, газов двухфазных потоков через проницаемые материалыпри небольших этратах времени на деаэрацию жидкостей. Предлагаемыйстенд позволяет моделировать и исследовать двухфазные потоки (жидкость ++газ) при течении в элементах конструкций транспортных средств, энергетического оборудования и на этой основе создать более совершенныеФильтры, сепараторы, перспективныеконструкции теплообменников,Составитель Е. КармановаТехред 14 1 Ьвв Еорректор И.Зрдей А. Мотьл Филиал ППП тент" г,. Ужгород, ул, Проектная, А каз 8530/31 1 ира:к ВНИИПИ Государственного по делаи изобретени. 113035, Москва Ж, Р