ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК G09B23/06 G09B23/12 

Изобретение относится к средствам изучения процессов, происходящих в жидкости, посредством физического моделирования изучаемых явлений и может быть использовано для лабораторного моделирования процессов турбулентного перемешивания на начальном участке свободной многокомпонентной коаксиальной струи. Известен ряд устройств для исследования процессов, происходящих в различного рода течениях жидкости. К ним относится устройство для исследования струйных течений [1] устройство для моделирования турбулентных областей в стратифицированной жидкости [2]
Однако ни в одном из них не может быть реализована модель процессов, происходящих в свободной струе на ее начальном участке.

Известна установка для изучения взаимодействия крупномасштабных, легкодеформируемых полидисперсий с электродами датчика [3] содержащая соединенный с торцом прозрачной трубки корпус насадка и сообщающееся с ним посредством трубопровода средство для подачи компонентов из емкостей [3]
В известном устройстве насадок соединен шлангом с емкостью, в которую заливается жидкость, не растворяющаяся в жидкости, подводимой к трубке. Изменением высоты расположения емкости относительно насадка и его диаметра регулируется размер дисперсий, образующихся при распаде струи, истекающей из насадка в омывающий его поток.

Известное устройство позволяет получать только двухкомпонентный поток, кроме того, насадок расположен в трубке таким образом, что оказывает на омывающее его течение возмущающее действие. Поскольку стеклянная трубка расположена вертикально, то по оси потока имеется градиент давления, а отсутствие слива в атмосферу делает давление в потоке еще большим. Таким образом это устройство не позволяет получить потока, сходного по определенным принципиальным признакам с начальным нераспыленным участком свободной струи, который имеет форму цилиндра, и статическое давление в потоке равно атмосферному.

Техническим результатом изобретения является изучение процессов турбулентного перемешивания на начальном участке многокомпонентной коаксиальной свободной струи.

Указанный технический результат достигается тем, что известная установка снабжена прозрачным сосудом, имеющим форму параллелепипеда, и узлом подвода компонентов, при этом узел подвода компонентов снабжен шприцем, нагрузочным приспособлением для воздействия на его поршень и имеет выступающую часть с двумя кольцевыми полостями, разделенными перегородками, укрепленными на ее торце, на сегменты и три независимых канала, два из которых связаны трубопроводами с полостями, а третий выполнен в виде сквозного паза в торце выступающей части и проходит через одну из перегородок перпендикулярно оси полостей, насадок снабжен коаксиально укрепленным в нем посредством перегородок ступенчатым цилиндром, внутренняя поверхность которого образует внутреннее сопло, при этом внутренняя поверхность насадка выполнена ступенчатой и образует с поверхностью цилиндра наружное сопло, диаметр которого превышает диаметр внутреннего, а размеры перегородок насадка равны угловым и линейным размерам перегородок узла подвода компонентов, причем один конец сквозного паза связан со шприцем, а другой с внутренним соплом, прозрачная трубка расположена горизонтально и коаксиально установлена в прозрачном сосуде, насадок одним торцом соединен с выступающей частью узла подвода компонентов, а другим с трубкой и сосудом таким образом, что их торцы расположены в одной плоскости, а ось совмещена с осью сопел, причем внутренний диаметр трубки равен диаметру большого сопла, а ее свободный конец сообщается с атмосферой.

Такая конструкция формирует трехкомпонентное коаксиальное течение с различными начальными параметрами каждого компонента и различными расходами каждого потока, обеспечиваемыми двумя регулируемыми дросселями системы подачи компонентов для двух внешних кольцевых течений, и изменением силы давления на поршень шприца для третьего, центрального осесимметричного течения.

Стеклянная трубка, запаянная в параллелепипед и пристыкованная к насадку, расположена горизонтально и имеет слив в атмосферу. Именно такое расположение позволяет моделировать начальный участок свободного осесимметричного течения, поскольку в коротком трубопроводе, при турбулентном режиме истечения, трение о стенки и градиент давления по оси течения ничтожно малы. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной и смежных областях техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема экспериментальной установки, на фиг.2 узел подвода компонентов, на фиг.3 узел индикации.

Экспериментальная установка состоит из прозрачной трубки 1, размещенной горизонтально и запаянной в параллелепипед из оргстекла 2, к трубке в сборе с параллелепипедом пристыкован насадок 3, к которому присоединен узел подвода компонентов 4, непосредственно подключенный к трубопроводам 7 системы подачи компонентов, которая состоит из двух баков 8, соединенных трубопроводами 7 через регулируемые дроссели 6 к узлам подвода компонентов 4; баллона со сжатым воздухом 11, с редуктором 12, соединенного с баками 8 воздухопроводом 10 и манометра 9, установленного на воздухопроводе 10. Прозрачная трубка 1, параллелепипед 2, насадок 3 и узел подвода компонентов размещены на раме 5. Насадок 3 состоит из корпуса 13, внутренняя поверхность которого образует внешнее сопло, полуфланца 15, выполненного монолитно с корпусом 13, и ступенчатого цилиндра 14, образующего внутреннее сопло и закрепленного в корпусе 13 четырьмя перегородками, которые образуют в полости полуфланца 15, ограниченной внутренней поверхностью корпуса насадка и внешней поверхностью цилиндра 14, четыре кольцевых сегмента.

Узел подвода компонентов 4 состоит из корпуса 16, выполненного в виде блока с выступающей передней частью. В корпусе блока выполнены два канала 23 и 24, соединяющие штуцера 25 и 26, пристыкованные к трубопроводам 7 системы подачи компонентов с коаксиальными кольцевыми полостями 19 и 20, в выступающей части корпуса 16. В полуфланце 17, выполненном монолитно с корпусом 16, выполнен третий канал 22, соединяющий центральное сопло 18 с вертикально установленным на полуфланце 17 шприцем 27, на поршень 21 которого воздействует нагрузочное устройство, включающее шток 28, соединенный с ним одноплечий рычаг 30, на котором установлена платформа 29 с грузом или вращающимся эксцентриком.

Работает экспериментальная установка следующим образом.

Для проведения эксперимента баки 8 системы подачи компонентов заправляются компонентами с требуемыми начальными параметрами. Воздух, поступающий в баки 8 через редуктор 12 по воздухопроводам 10 из баллона со сжатым воздухом 11, создает в них давление, контролируемое по манометру 9. В шприц 27 заливается третий компонент, причем в исходном состоянии поршень 21 шприца находится в крайнем верхнем (по чертежу) положении. После подготовки экспериментальной установки открываются регулируемые дроссели 6 системы подачи компонентов и два потока из баков 8 по трубопроводам 7 поступают с требуемыми для эксперимента расходами к узлу подвода компонентов 4, далее к насадку 3 и в прозрачную трубку 1. После установления в трубке 1 стабильного двухкомпонентного течения на платформу 29 устанавливается груз и в струю подается третий компонент, скорость истечения которого из сопла 18 зависит от массы груза, установленного на платформу. При размещении на платформе 29 вращающегося эксцентрика из сопла 18 осуществляется импульсная подача третьего компонента в струю.

Постоянные скорости истечения двух внешних коаксиальных течений трехкомпонентного потока достигаются поддержанием постоянного давления в баках 8 с помощью редуктора 12 и манометра 9.

Заявляемая экспериментальна установка позволяет фиксировать процессы турбулентного перемешивания на начальном участке трехкомпонентной струи, о чем говорят результаты экспериментов. Эти результаты выявляют качественную картину гомогенизации многокомпонентной свободной струи, что, при соблюдении требуемых соотношений натуры и модели позволяет выработать рекомендации по организации реального процесса. Данные, полученные с помощью экспериментальной установки, использованы, в частности, в области взрывогенераторной технологии, для повышения эффективности процесса, путем увеличения дальнобойности струи компонентов жидкой взрывчатой смеси и оптимизации процесса ее приготовления в струе.

Использование: для лабораторного моделирования процессов турбулентного перемешивания многокомпонентной струи. Сущность: узел подвода компонентов снабжен шприцем, нагрузочным приспособлением для воздействия на его поршень. Выступающая часть узла подвода компонентов имеет две кольцевые полости разделенные перегородками на сегменты и три независимые канала. Два канала связаны трубопроводами с полостями, а третий выполнен в виде сквозного паза и проходит через одну из перегородок перпендикулярно оси полостей. Насадок снабжен ступенчатым цилиндром, внутренняя поверхность которого образует внутреннее сопло. Внутренняя поверхность насадка выполнена ступенчатой и образует с поверхностью цилиндра наружное сопло. Прозрачная трубка коаксиально установлена в прозрачном сосуде. Насадок одним торцем соединен с выступающей частью узла подвода компонентов, а другим с трубкой и сосудом так, что их торцы расположены в одной плоскости. Внутренний диаметр трубки равен диаметру большего сопла, а ее свободный конец сообщается с атмосферой. 3 ил.

Экспериментальная установка, содержащая соединенный с торцом прозрачной трубки корпус насадка и сообщающиеся с ним посредством трубопровода средство для подачи компонентов из емкостей, отличающаяся тем, что она снабжена прозрачным сосудом, имеющим форму параллелепипеда, и узлом подвода компонентов, при этом узел подвода компонентов снабжен шприцем, нагрузочным приспособлением для воздействия на его поршень и имеет выступающую часть с двумя кольцевыми полостями, разделенными перегородками, укрепленными на ее торце, на сегменты, и три независимых канала, два из которых связаны трубопроводами с полостями, а третий выполнен в виде сквозного паза в торце выступающей части и проходит через одну из перегородок перпендикулярно оси полостей, насадок снабжен коаксиально укрепленным в нем посредством перегородок ступенчатым цилиндром, внутренняя поверхность которого образует внутреннее сопло, при этом внутренняя поверхнось насадка выполнена ступенчатой и образует с поверхностью цилиндра наружное сопло, диаметр которого превышает диаметр внутреннего, а размеры перегородок насадка равны угловым и линейным размерам перегородок узла подвода компонентов, причем один конец сквозного паза связан с шприцем, а другой с внутренним соплом, прозрачная трубка расположена горизонтально и коаксиально установлена в прозрачном сосуде, насадок одним торцом соединен с выступающей частью узла подвода компонентов, а другим с трубкой и сосудом так, что их торцы расположены в одной плоскости, а ось совмещена с осью сопл, причем внутренний диаметр трубки равен диаметру большего сопла, а ее свободный конец сообщается с атмосферой.