Способ определения параметров потока жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01N21/51 

Изобретение относится к экспери ментальной гидродинамике, в частности, к оптическим способам исследований структуры потока жидкос Известен оптический способ иссл дования структуры потоков жидкости по рассеянию света. При осуществле нии этого способа через исследуемую область среды пропускают свето вой луч, рассеянный в этой области свет отбирают под заданным углом и по его интенсивности, амплитудно частотному характеру судят о струк туре потока f . Наиболее близким к изобретению является способ исследования потока жидкости по рассеянию света путем направления света в исследуему область потока, приема рассеянного в исследуемой области света под несколькими, например, двумя углам рассеяния и измерения его интенсив ности, по которой судят о параметрах потока 2 . Недостатками известных способов являются снижение их чувствительности и точности из-за изменения средней концентрации рассеивающих свет частиц в исследуемой области и пульсации их числа ito времени. Недостатком является также нечувствительность к динамическому сос. моянию рассеивающей жидкости.; .при у покое жидкости и устойчивом ламинарном течении характеристики светового потока остаются одинакоBbTMKjЦель изобретения - повышение чу ствительности и точности оптическо го способа исследований потоков жид кости. Эта цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в направлении света в исследуемую область потока, приеме рассеянного в исследуемой области света под дву мя углами рассеяния и измерении его интенсивности, принимают рассеянный свет в двух плоскостях, одна из которых ориентирована перпендикуляр но, а другая параллельно направлению потока под равными углами рассеяния, и по разности величин его интенсивностей судят о параметрах исследуемого потока. На фиг.1 приведена электроннооптическая схема для реализации способа, на фиг.2 - зависимость относительной величины средней по времени интенсивности рассеянного света в плоскости, ориентированной перпендикулярно («) и параллельно (о) направлению течения. Осуществление предлагаемого способа рассматривается на примере течения ВОДЬА/встеклянном канале квадратного сечения с помощью электрической схемы (фиг.1). Схема содержит источник 1 света с соответствующей фокусирующей системой формируют луч света 2, перпендикулярный стенкам канала и проходящий через исследуемую область 3, выбранную на оси. Свет, рассеянный в области 3, принимается под углом fti в плоскости, ориентированной перпендикулярно направлению потока (оси канала) луч 4,и под углом р плоскости, ориентированной параллельно направлению потока луч 5 (Л J). Лучи 4 и 5 при помощи специальных оптико-механических систем (не приведены) поступают на фотоприемники, включенные в смежные плечи мостовой схемы. В случае покоя жидкости (скорость потока жидкости U О) интенсивность луча 4 1, равна интенсивности луча 5 ,, и средняя по времени величина выходного сигнала в измерительной диагонали б д1 равна нулю. При ламинарном выходе жидкости из состояния покоя интенсивность луча 4 возрастает с ростом скорости потока и, а луча 5 - падает. Величина & Е становится отличной от нуля. В случае известного способа определить находится ли жидкость в состоянии покоя или ламинарного течения невозможно, так как в отличии от предлагаемого способа изменения величины ЛЕ могут быть вызваны из| 1енением интенсивности проходящего светового луча, изменением рассеивающей способности жидкости и чувствительности схемы. При турбулентном течении пульсации интенсивности лучей 4 и 5 находятся в противофазе, что приводит к увеличению сигнала в диагонали 6 в два раза по сравнению с обычной (не дифференциальной) схемой измерений. Способ также нечувствителен к прохождению через исследуемую область частиц примесей, поскольку они в равной степени увеличивают интенсивности луча 4 и 5. В известных способах наличие частиц примесей в потоке практически исключает применение способа для исследований режимов и структуры течений. TJi (или t ) (фиг.2),где 3 Е , -средняя по времени интенсивность светового луча, рассеянного в плоскости ориентированной перпендикулярно течению; 3 - то же, в плоскости параллельной при скорости течения U; Зо - значение 3 при и 0. В приведенном случае переход ламинарного течения в турбулентное

начинается с Us 10 см/с и завершается при и 20 см/с.

Предлагаемый способ очень чувствителен к возникновению движения (к предельно малым скоростям течения). Уже при и 0,5 см/с

.V - 134

10%. В случае предЬ.Е - JQ варительных тарировок вида fc.(u)

способ может быть использован для

измерения малых скоростей течения жидкости. При турбулентном режиме течения (и 20 см/с) ДЁ О,однако в отличии от состояния покоя мгновенное значение разностей АЕ сильно колеблется по времени, достигая 20-30%. Амплитуда и частота этих колебаний обусловлены турбулентными неоднородностями потока, что позволяет судить о его микроструктуре.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ЖИДКОСТИ путем направления света в исследуемую область потока, приема рассеянного в исследуемой области света под двумя углами рассеяния и измерения его ин- тенсивности, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, принимают рассеянный свет в двух плоскостях, одна из которых ориентирована перпендикулярно, а другая параллельно направлению потока под равными углами рассеяния, и по разности величин его интенсивностей судят о параметрах потока.