Способ измерения спектра проекции завихренности пульсаций скорости в проводящих жидких средах Советский патент 1984 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть применено для измерения характеристик завихрен ности пульсаций скорости электропроводящих жидких сред в трубах и накалах с токонепроводящими стенками. Известен способ измерения завихре ности, основанный на связи характеристик акустических волн, излучаемых в поток, с его завихренностью ll. Недостатком этого способа является невозможность измерения с помощью него завихренности в турбулентных потоках. Наиболее близким по технической сущности к изобретениго явлйется спосрб измерения завихренности пульсаций скорости в проводящих жидких сре дах, вк;шча11жщй создание в исследуемой среде однородного магнитного поля и измерение с помощью расположенных в среде электродов разности потенциалов наводимого, электрического поля 2j .. Недостатком известного способа является низкая точность измерения, связанная с необходимостью иметь большое количество электродов (не менее семи), которые искажают поток. Цель изобретения - повьшение точности измерений. Пбставленная цель достигается тем что согласно способу измерения спект ра проек1 1Ьй завихренности пульсаций :корости в проводящих жидких средах, включдкяцему создание в исследуемой среде однородного магнитного поля . и измерение с помсицью расположенных в среде электродов разности потенциалов наводимого электрического поля, вдоль направления вектора магнитной индукции располагаютдва электрода, по измеренной разности потенциалов находят проекцию градиентапотенциала и спектральную плотность мощности сначала в потоке .с известным спектром проекции завихренйости, получают тарировочную функцию, а затем находя проекцию градиента потенциала и спектральную плотность мощности в исследуемом потоке, а искомый спектр завихренности исйледуемого потока получают путем деления полученных результатов на тарировочную функцию. На фиг. 1 показано расположение в исследуемой среде двух электродов вдоль направления вектора магнитной 852 индукции ; на фиг. 2 - полученные экспериментально значения спектральной плотности мощности Сц() и спектр проекции завихренности. Способ измерения спектра проекции завихренности пульсаций скорости основан на том, что при движении проводящей жидкости в однородном постоянном магнитном поле возникает электродвижущая сила, связанная с потенциалом U и проекцией вихря скорости V по направлению магнитной индукции В соотношением ли.-. В rotgV,(1) где U - лапласиан. Экспериментально с помощью близкорасположенных электродов, находящихся в потоке, измеряется лапласиан потенциала, который пропорционален проекции завихренности скорости. Для измерения лапласиана потенциала вводят в поток два электрода, расположенных один от другого на заданном расстоя«Гии в пределах одного вихря. Решая уравнение (1) и определяя на основе этого решения спектральную шютнс ть мощности градиента, потенциала Gy (Ку) и спектральную плотность мощности проекции завихренности G (Ку), получаем их связь между собой в следующем виде: G/KV) G(Ky)./H,j,/(K),(2) где Ку - проекция волнового вектора на направление средней скорости. Таким образом, одномерный спектр градиента потенциала Си(Ку) на направление индукции магнитного поля связан с одномерны: спектром G(Kv) проекции завихренности через функцию /НвпЛ(Ку), зависящую от волнового числа KV и области Д. Функция /НВР/ЧК;). Fj(h8/r)Fe (Ie/r) 9 не зависит от структуры потока, так как характеристики потока в ее определении не участвуют (F - преобразо 8ание г - проекция радиусвектора г на направление йндукции магнитного поля). В случае, если измерения выполняют достаточно далеко от границ потока, функция /Hgp/4Ky) не зависит от области и. Функцию /Крр/(Ку) определяют как тарировочную функцию по результатам измерений спектра проекции градиента :потенциала в потоке с известным спектром проекции завихренности. Способ осуществляют следующим образом. Поток с известным спектром проекции завихренности помещают в однород ное магнитное поле, при этом в нем возникает ЭДС, связанная с завихренностью скорости согласно уравнению (1). В поток устанавливают два (электрода для снятия разности потен|циалов между точками, расположенныки вдоль одной магнитной силовой линии на расстоянии один от другоjpo. Проекцию градиента потенциала вычисляют с использованием конечноразностной аппроксимации согласно %Ж°§§ выражению -г 1 и находят спект-л- и ральную плотность мощности проекции градиента потенциала G (fj ) как .функ ции частоты. Затем переходят от функции G{fi) к. спектральной плотности G(K;) .как функции проекции волнового числа на направление средней скорости. Определяют тарировочную функцию /Нво/ЧК;у), например, путем деления GU(K;V)/G(KV) . Результаты аппр.оксимируют непрерывной функцией, чтобы иметь значения тарировочной функции при любых значениях К в исследуемом диапазоне Корректируют оценки спектральной плотности мощности, полученные в .исследуемом потоку, делением их зна чений на тарировочную функцию. Аппроксимируют результаты непрерывной функцией. Способ применен для измерения про екции завихренности скорости в круглой трубе с внутренним диаметром 9,810 м, изготовленной из полимер кого материала, чтобы не искажалась наведенная ЭДС. Внешнее магнитное поле создавалось С-образным электромагнитом с размерами наконечников 6,9x0,О м, который создавал однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл. Переход от спектральной плотности мощности G (;.) JC. спектральной плотности мощно{;ти G(K.jy) выполняется по формулам |5rG(f,G(K-,); К. где V - средняя скорость потока в центре. На фиг. 2 приведены полученные значения спектральной плотности мощности G,(Kдy), а также спектр проекции завихренности для инерционного интервала, в котором он пропорционален К . Для определения тарировочной .функции /HgQ/CKy) графики построены в логарифмическом масштабе, т.е. по оси ординат отложено Ig G(), по оси абсцисс - Ig К.-у. На этом -же графике построен известный спектр проекции завихренности 1 и разница между точка,ми функции Gj,(K) - 2 и С(Ку) - 1. Эта разница есть g /HBD/ЧК У) (кривая 3). Точки 4 полученных оценок градиента потенциала ) затем смещали вверх на величину расстояния между линией единицы и значением тарировочной функции для каждой точки. Полученные точки аппроксимировали непрерывной кривой 5, которая представляет собой спектр проекции завихренности скорости в центре потока при числб Рейнольдса 6,0x10. Преимущество данного способа по сравнению с известным заключается в повышении точности измерения спектра проекции завихренности.

.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРА ПРОЕКЦИИ ЗАВИХРЕННОСТИ ПУЛЬСАЦИЙ СКОРОСТИ В проводящф ; жидких СРЕДАХ, включащий создание в исследуемой среде однородного магнитного поля и измерение с помощью расположенных в среде электродов разности потеихщалов наводимого электрического поля, отличающийся тем, что, с целью пов1лпения точности измерений, вдоль направления вектора магнитной индукции располагают два электрода, по измеренной разности потенциалов находят проекцию градиента потенциала и спектральную плотность мощности сначала в потоке с известным спектром проекции завихренности, получают тарировочную функцию, затем находят проекцию градиеита потенциала и спектральную плотность мощностк в исследуемом потоке, а искомый спектр завихренности исследуемого потока получают путем деления полученных результатов на тарировочную функцию.