Способ определения скорости потока в проницаемых средах,преимущественно в зернистом слое Советский патент 1983 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к гидрогазодинамическим исследованиям и может быть использовано при измерении распределения потока в проницаемых средах, -например в доменных печах, теплообменниках, химических реакторах, моделях ядерного реактора с топливом в иде проницаемого слоя. Прямые гидрогазодинамические измерения в проницаемых средах, например измерение распределения скорости в зернистом слое, затруднены. По это причине на практике пркбегают к косвенным измерениям, моделируя процессы гидрогазодинамики.. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения скорости потока в проницаемых средах, преимущественно в зер нистом слое, включающий введение в поток сорбирующегчэся вещества, прозе дение прокачки исследуемой среды потоком известной скорости и измерение распределения сорбирующегося вещества в среде, согласно которому определяют скорость потока. Поток воздуха,в которой введен сероводород, про качивается через слой зерен ,i пропитанных ацетатом свинца. Белая поверх ность зерен при этом чернеет и фиксируется фронт сорбции. Скорость про движения фронта сорбции оказывалась пропорциональной скорости продуваемого воздуха и много меньше последней Ci. Недостатком известного способаявляется низкая точность измерений скорости, обусловленная визуальным методом измерений скорости, поскольку четкий окрашенный фронт сорбции получается лишь при невысокой линейной скорости газа, а при высоких скоростях газа становится размытым. Целью изобретения является повышение точности определения скоростей в проницаемой среде. Поставленная цель достигается .тем, что согласно способу определения скорости потока в проницаемых средах, преимущественно в зернистом слое, включающему введение в поток сорбирующегося вещества, проведение прокачки исследуемой среды потоком известной скорости и измерение распределения сорбирующегося вещества в среде, по которому определяют ско рость потока в проницаемой среде, проводят повторную прокачку среды потоком другой известной скорости, а распределение сорбирующегося вещест ва в проницаемой среде определяют . путем обработки фрагментов среды растворителем и измерения содержания сорбирующегося вещества в растворителе, при этом в качестве сорбирующегося вещества используют радиоакное вещество, а скорость опредет по формуле Vir).c() (у V(r)- скорость потока в точке с координатой г , м/с, С(р) - концентрация сорбирующегося вещества в точке проницаемой среды g координатой г , г/см-, m ,Ч - постоянные, определяемые из формул, ()5v(2) Г()Р-Г U. 5 - пористость проницаемой среды С,- массовая скорость потока через все сечение проницаемого материала, S, г/с, - плотность потока, г/см , - индексы, относящиеся к первой и второй прокачкам. При этом в качестве радиоактивновещества используют oi-активное ество,а в качестве растворителятную кислоту. В результате экспериментов строя распределение концентрации cL-акного вещества С (г) по всему сеию проницаемой среды. Распредеие С(г ) будет пропорционально раселению эквивалентногр диффузионо критерия Нусельта NU.IFN. р - коэффициент массообмена,dg - эквивалентный диаметр час-: тицы или капилляра, р - коэффициент диффузии. квивалентное диффузионное число льта следующим образом зависит квивалентного числа Рейнольдса в диапазоне Р 1-10000 Nu(r) -k,ire, KO - коэффициент пропорциональности. ыделяя в формуле (4 ; зависимость ентрации сорбирующегося вещества ) от скорости в данной точке VC) бирая все постоянные (эквиваный диаметр Зэ/ пористость сре, вязкость и т.д. ) в одну, о показать, что C(r) kv(J, К - некоторая размерная постоянная. v((5, Скорость связана с массовым расходом через все сечение проницаемой среды: «i lM(«) 5 5 Проводя эксперименты при двух различ ных, массовых расходах G, и Gj и беря ИХ отношение, получим ( (ja (Ч SS Решить уравнение (б ) относительно ;т можно либо составив специальную программу для ЭВМ, либо приближенно графически. Процедура вычисления m в уравнени (6 ) производится лишь один раз для данного проницаемого материала и да ного газа или жидкости во всем диапа ,зоне измерений RCg 1-10000. Постоянную К находим из уравнения (r)QdS Таким образом, зная постоянную К :показатель степени, можно по формуле (. 1 ) вычислить расрределение скороети потока по сечению проницаемой сре ды. Повышение точности экспериментов по определению скоростей потока достигается за счет высокой точности измерения концентрации сорбирующегос вещества, т.е. ot-активного вещества ot-счетчиком и использования новой методики расчета. На фиг.1 и 2 изображены экспериментальные зависимости концентрации C(rlR) (фиг.1) и скорости 0(г) пото ка в засыпке шаров по радиусу трубы c-fOfe/cw 3 (фиг.2) для двух значений массовой скорости, где г. - текущий радиус, R - ргщиус трубы. П р и м е р. Засыпку металлических шаров диаметром 4,5 мм в трубе, установленной вертикально, с внутренним диаметром 60 мм обдували аргон ял, при 40°С. Длина засыпки 45 мм. После установления гидродинамического) режима в поток эжектировали гексафторид урана при концентрации гексафторида в потоке 2. Продувки осуществляли в течение 1 toiH. После окончания продувки с массовой скоростью по аргону 5 г/с засыпка послойно разбиралась и строилось распределение концентрации урана c(r/R) по радиусу трубы в интересующем сечении путем обработки отдельных шаров азотной кислотой и измеренияct-активности раствора 1,фиг. 1, кривая 1) . Аналогичные измерения были проведены для массовой скорости аргона 5,5 г/с (кривая 2 на фиг.1). По формулам (2i) и (З) вычислялись коэффициенты m графически и К, которые получились равными: m 0,62, ,38 . Далее по формуле (1) строились распределения скорости по радиусу трубы (фиг.2) для двух расходов .кривая 1 - для расхода -,5 г/с, кривая 2 - для расхода аргона ,5 г/с. Из графика С(г /R) (фиг.1) видна хорошая воспроизводимость эксперименуов - разброс опытных точек не превышал 10%. Дополнительная погрешность, связанная с введением зависимости между эквивалентным диффузионным числом Нусельта и эквивалентным числом Рейнольдса, не превышает 20%. Таким образом, общая погрешность метода в диапазоне Reg 1-10000 не превышает 30%, в то время как известный способ имеет погрешность 100% при Re.5 15-20.

az a4 as o,s

1.0 Фи&.1

1.. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА В ПРОНИЦАЕМЫХ СРЕДАХ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ, включающий введение в поток сорбирующегося вещества, проведение прокачки исследуемой среды потоком известной скорости и измерение распределения сорбирующегося вещества в среде, по которому определяют скорость потока в проницаемой среде, о т л и - . чающийся тем, что, с целью повышения точности, проводят повторную прокачку среды потокрм другой известной скорости, а распределение сорбирующего вещества в проницаемой среде определяют путем обработки фрагментов среды растворителем и измерения содержания сорбирующегося вец ства в растворителе, при этом в сорбирующегося вещества используют радиоактивное вещество, а скорость определяют по формуле у()1с(), где V(h) - скорость потока в точке с координатой г, м/с, С(г) - концентрация сорбирующегося вещества в точке проницаемой среды с координатой , г/см. m ,1с постоянные, определяемые из формул ,|of(r,.(,as, О) где G, - массовая скорость потока через все сечение проницаемого материала, 5 г/с, f - плотность потока, г/см, е - пористость проницаемой среды, 1,2 - индексы относящиеся к первой и второй прокачкам. 2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве радиоактивного вещества используют вС-активное вещество, а в качестве растворителя - азотную кислоту. 00