Способ измерения параметров потока среды, истекающей в неподвижную среду Советский патент 1983 года по МПК G01F1/34 

Изобретение относится к .технике измерений, а именно к способам изме рения параметров подтока жидкости ил газа, в том числе для высокотемпературных сред либо сред, содержащих твердые или жидкие мелкодисперсные частицы, при выходе потока в окружающую неподвижную среду (атмосферу Параметры такого потока: расход,. скорость, плотность, температуре, состав, с одной стороны, определяют качество работы технического устрой ства (г.енератора) , в котором создаётся поток, с другой стороны, эти п )аметры являются рабочими характери тиками процессов, в которых использ ется поток; последнее имеет место в технологических устройствах, науч но-исследовательских установках, пр испытаниях- образцов материалов или моделей в условиях обтекания потоко и т.д. Все это определяет необходимость измерения указанных парамет ров. При неравномерности скорости,, температуры, состава и . по сечению потока необходимо измерять их профили. По этим профилям часто за;Тем устанавливают усредненные характеристики потока. Известен способ, согласно которо в обычных условиях (неагрессивные и однофазные среды при невысоких температурах) измерения распределб:к ных по сечению параметров выполняются, как правило, с помощью зондов (трубки Пито, датчики термоанонеметра, термопары,пробоотбор- ; НИКИ состава и т.д.), зводимьк внутрь канала fl. Однако при высокой температуре потока либо при содержании в нем агрессивных веществ введение зондов в поток, как правило, затруднительно, а измерение параметров потока вьтолняется беско тактньь1И способами . Известны также способы,, основанные, на использовании эффектов взаимо действия потока с вспомогательныгли струями газа или жидкости 21. Наиболее близким к предлс1гаемому по технической сущности является способ измерения расхода, согласно которому расход потока среды опре.деляют на основании измерения перепада давлений при отклонении в с помог ал: ель ной струи с известньфди плотностью и расходом, вводимой через отверстие в стенке канала в контролируемый поток под углом к его направлению З Недостатками известного способа являются неприменимость его для измерения параметров потока с неравномерными профилями скорости и плотности, а также приводящая к погрешностям зависимость измеряемого перепада давления не только от динамического напора, но и от интенсивности смешения в зоне обратных токов за струей. Измеряемый перепад давления UP, характеризуя динамический напор потока ЭТОГОслоя, не определяет характеристики центральной части потока. Если скорость и плотность распределены по сечению канала неравномерно и также неравномерно распределен динамический напор, то, применяя данный способ измерения, принципиально можно получить лишь некоторое Эффективное значение динамического напора при-стенного. слоя, однако размер этого рлоя и характер распределения по нему динамического напора при этом- остаютса неизвестными. В связи с этим применение такого способа изме,рений становится нецелесообразным. Причина второго недостатка состоит в том, что силовое воздействие потока на струю зависит не только от его динамического напора Н,, определяющего повышение давления в области.натекания по.тока на струю, но и от давления за струей, существующего, в зоне обратных токов. Последн.ее определяется характером течения в этой зоне и турбулентным смешением потока и струи. Интенсивность смеш€;ния зависит от разницы скоростей и отношения плотностей смешивающихся потоков. Поэтому локальное искривление струи в окрестности ее выхода в поток и связанное с этим изменение давления будут определяться не только динамическим напором потока вблизи стенки канала, но и отношением плотностей струи и потока в пристенной области (разность скоростей при этом является производной от разности динамических напоров струй и потока и от отношения их плотностей). Неучет этого факта приводит к погрешности в определении величины динамического напора. Для потока с постоянной плотностью по сечению указанная погрешность принципиально устранима. Необходимо,5 во-первых, при модельных испытаниях ввести поправку в тарировочную характеристику на изменение в ожидаемом диапазоне отношения плотностей -f во-вторых, для установления вем личины этого отношения при основных измерениях необходимо провести дополнительное независимое измерение плотности „ В случае переменной плотности р по сечению потока погрешность, обусловленная интенсивностью смешения потоков, выражающаяся в зависимости др от отношения плотностей --, из-за неопределенности последней величины по пристенному слою не устраняется. Цель изобретения - повьшение точ ности измерения параметров потока п неравномерном распределении скоростей плотностей по его сечению путем исключения влияния интенсивности см шения и отношения плотностей сред вспомогательной струи и потока на получаемый результат измерений. Цель достигается тем, что-в спомогательную струю подают радиально через кольцевую щель на |срезе канала, при этом измеряют перепад между давлением на стенке канала в сечении, отстоящем от щели вверх по потоку на расстоянии радиуса канала, и атмосферным давлением. На чертеже представлена схема, поясняющая способ измерения. На- срезе канала 1, из которого истекает контролируемый поток, располагается кольцевая щель 2, через которую радиально подают или жидкость с известной плотностью (газ - с известной температурой) для формирования вспомогат.ельной струи. Измеряют расход струи помощью расходомера 3. С помощью да чика 4 измеряют перепад давления др между отверстием 5 н& стенке канала располагаемым на расстоянии радиуса канала от щели вверх по потоку, и атмосферо.й. Результирующим измеряемым параметром контролируемого потока является его суммарный импульс, который определяют расчетным путем на основе измеренных величин йр, G, и известной плотности струи 0 с привлечением тарировоч,ной характеристики взаимодействия. .Тарировочную характеристику полу чают заранее при проведении модель ных испытаний цааного измерительног устройства, при этом в качестве потока П используют поток с известныг расходами, .плотностью и профилем . скорости при нормальной температуре (воздух или вода). Подача струи чере.з кольцевую щел определяет ее воздействие на поток в целом, что выражается в поджат.ии и ускорении всего потока под дейст вием радиального импульса струи. В связи с этим давление потока вдоль участка ускорения падает. Струя, и пытывая противодействие потока, от клоняется и изменяет направление о радиального до осевого. К некоторо сечению К-К деформация обоих поток вызванная радиальными изменениями давления, заканчивается, и далее п токи движутся в осевом направлении смешиваясь друг с другом и с внешней средой. Свободная эжекция этой среды из неорганического пространства в зон смешения не изменяет осевого количества движения указаннЕЛх потоков независимо от соотношения их скоостей, а также от отношений плотностей потоков и окружающей среды. Между сечением начала деформации отока Н-Н и атмосферой появляется ерепад давления др, являющийся следствием и мерой ускорения потока под сжимающим действием струи, т.е. мерой изменения его осевого количества движения - импульса. Перепад давления Др также не зависит от интенсивности смешения потоков в условиях свободной эжекции среды из неподвижного простра.нства. Этот факт подтвержден проведенными экспериментами, при этом установлено, что сечение начала деформации Н-Н отстоит от щели вверх по потоку на расстоянии, примерно равном радиусу канала именно в этом сечении и следует измерять избыточное над атмосферным давление Лр. Массовый расход струи G,j и ее плотность f,j определяют радиальный импульс струи I, %Ра где РЛ площадь поперечного сечения щели на выходе в канал. Величина pj для газа при этом рассчитывается по температуре струи и при атмосферном давлении. По величинам импульса струи 1 и измеренного перепада давления др может быть, как уже указывалось, найден импульс потока I в сечении Н-Н F гр, u;dF, где F площадь поперечного сечения канала 1. Из Выражения для импульса видно, что он характеризует суммарный динамический напор измеряемого потока в целом независимо от закона распредеft и-и ления 2 ° сечению в отличие от известного способа, где измеряется лишь локальное значение динамического напора в пристенном слое. Фор- . мула для определения 1 , являющаяся обобщением полученных экспериментальных данных по тарировочной характеристике взаимодействия,имеет вид 1 Л1() где А и В - экспериментальные коэффициенты, не зависящие от режимов течения потока и струи в широком диапазоне чисел Рейнольдса 10-10 , они определяются в основном геометрическим параметром FSL ill (h - ширина F - D щели, D - йиаметр канала 1 и несколько зависят от профилирования тракта подвода расхода в щель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРО ПОТОКА СРЕДЫ, ИСТЕКАЮ1ЦЕЙ В НЕПОДВИЖ rfTv T- -НУЮ СРЕДУ, заключающийся в измерении перепада давлений при отклонении вводимой в поток вспомогательной струи с известными расходами и плотностью, отличающийся тем, что, с целью повьгшения точности измерения параметров потока при неравномерном . распределении скоростей и плотностей по его сечению путем исключения влияния интенсивности смешения и отношения плотностей сред вспомогательной струи и потока, вспомогательную струю подают радиально через кольцевую щель на срезе канала и измеряют перепад между давлением на стенке канала в сечении, отстоящем от -щели вверх по потоку на расстоянии радиуса канала, и давлением в неподвижной среде. Неподвижная cpefa (.