Стенд для испытания движения жидкости и газа в проницаемых материалах Советский патент 1984 года по МПК G01N15/08 

1 . Изобретение относится к контроль измерительной технике, в частности к устройствам для гидродинамических испьгганий, и может быть использован для изучения характера движения газа, жидкости или двухфазных потоков через проницаемые материалы. Известна установка для испытаний движения жидкости и газа в проник цаемых материалах 1. . Однако при проведении гидравлических испытаний пористых металлов необходимо в качестве рабочих жидк тей использовать ядовитые и взрыво опасные жидкости. Наиболее близким к предла.гаемом является стенд для испьггания движе ния жидкости и газа в проницаемых материалах, содержатщгй напорнз о ем кость для испытательной жидкостиj которая соединена через блок очист ки и блок датчиков расхода с камер для образца, выполненной в виде дв труб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой трубы камеры для образца изготовле на из проницаемого материала и заключена в корпус с отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через бло регуляторов расхода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления Недостатками известного стенда являются невБ1сокая эффективность испытаний, которая обусловлена длительностью подготовки стенда к испытаниям, сложность проведения испытании проницаемых материалов .при однофазном и двухфазном режимах течения жидкости, а также невозможность моделирования режимов двухфазного течения -жидкости. Цель изобрете шя - повышение эф фективности испытаний. Указанная цель достигается тем, что в стенде для испытания движени жидкости и газа в проницаемых материалах, содержащем напорную емкость для испытательной жидкости, которая соединена через блок очист и блок датчиков расхода с камерой для образца, выполненной в виде двух труб; между торцами которых размещен образец, причем часть пер вой трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала 12 ц заключена в корпус с oтвepcтия я для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок регуляторов расхода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления, указанные емкости соединены с источниками вакуума и давления через двухходовые клапаны, а одна из труб камеры ДД1Я образца через запорный клапансоединена с байпасной трубой, которая посредством сужающего элемента соединена со сливной емкостью в верхней ее части, а над проницаемой частью первой трубы камеры для образца дополнительно установлена пористая пластина, снабженная одной или несколькими трубками, соединенными с линией подвода- газа или жидкости. Кроме того, относительно проницаемой части первой трубки камеры для образца коаксиально и с зазором установлен трубчатый пористый элемент. Для интенсификации испытаний возможно вьшолнение камеры для образца в виде нескольких равных отрезков труб, установленных последовательно, между торцами которых закреплены образцы, а в промежутках, на равных расстояниях от них, выполнены отверстия для отбора давления. На изображен предложенньш стенду на фиг.2 и 3 - соединение байпасной трубы со сливной емкостью, варианты} на фиг.4 - генератор пузырьков, вариант исполнения; на фиг.5 камера образца; на фиг.6 - вариант крепления трубчатого элемента в камере. f Стенд для испытания движения жидкости и газа в проницаемых материалах содержит напорную емкость 1 с испытательной жидкостью 2 и предохранительным клапаном 3. Двухходовый клапан 4, в зависимости от режима работы, сое динен или с источником давления Р, или с источником вакуума Рдц . Напорная емкость 1 соединена трубопроводом с блоком очистки, состоящим из фильтров 5 (тонкость фильтрации фильтров одного порядка со средним диаметром пор испытываемого образца) и датчика б перепада давления, сигнализирующего о засорении блока очистки. Блок очистки подсоединен к блоку датчиков расхода, который содержит отсечные клапаны 7 и набор датчиков 8-10 расхода. Стенд содержит также отсечной клапан 11. Через фильтр 12 (тонкость фильтрации в 2-3 раза меньше среднег диаметра пор образца предназначена для фильтрации микрочастиц износа, об зазующихся при работе отсечных кла панов 7 и датчиков 8-10 расхода) бло датчиков расхода соединен с камерой 13 образца, которая, в свою очередь, через отсечной клапан 11 и блок регуляторов 14-16 расхода подсоединена к сливной емкости 17 в ее нижней час ти. Сливная емкость 17 снабжена предохранительным 18 и двухходовььм 19 клапанами, последний может быть соединен или с источником давления Р или с источником вакуума . . Байпа ная труба 20 с отсечным клапаном 21 подсоединена параллельно камере 13 для образца к нижней части напорной емкости 1 и к верхней части сливной емкости 17 и снабжена сужающим элементом 22, причем сужающий элемент в одном случае (фиг,2) может быть выполнен в виде трубки-Вентури, соединенной со сливной емкостью 17 по сечению с минимальным статическим давлением, а в другом варианте (фиг.З) в виде распыпивающей форсунк когда на деаэрации испытательной жидкости 2 предъявляются менее жесткие требования. Трубопровод 23 (фиг,О с отсечным клапаном 24 предназначен для обратной перекачки испытательной жидкости 2 из сливной емкости 17 в напорную емкость 1. Генератор пузырьков (фиг.4) представляет собой тройник 25, одна из стенок которого вьтолнена прозрачной (для визуального наблюдения и регистрации), к другим концам трой ника подсоединены линия подвода газа с запорным элементом 26 датчиком 27 расхода газа, регулятором 28 расхода и линия 29 подвода жидкости с запорным элементом, датчиком 30 расхода и регулятором 31 расхода. Кинокамера 32 и осветитель 33 предназначены для регистрации объема газового пузырька 34 (или капли жидкости) и определ-ения частоты следования. Камера 13 образца (фиг.З н 1) содержит пористую трубу 35, заключенну в корпус 36 с отверстием 37 для подвода газа или жидкости. Коаксиаль но и с зазором относительно пористой трубы 35 закреплен трубчатьй элемент 38, а перед пористой трубой 35 герметично установлена пористая пластина 39, снабженная трубкой 40. Для визуального контроля и регистрации структуры двухфазного потока предназначены иллюминаторы 41. Испытываемые пористые образцы 42-44 герме тично закреплены между торцами труб, имеющих на равном расстоянии от плоскости образцов отверстия 4548 для отбора давления. Стенд работает следующим образом. После заправки напорной емкости 1 испытательной жидкостью 2 к напорной емкости 1 через двухходовой клапан 4 подключается источник давления Рд, а к сливной емкости 17аналогично источник вакуума Р. , например жидкостной эжектор. После открытия отсечного клапана 21 происходит перекачка испытательной жидкости 2 по байпасной трубе 20 через сужающий элемент 22, например трубу Вентури. Поскольку трубка Вентури подсоединена к сливной емкости 17 сечением с минимальным статическим давлением, то уже и этом сечении происходит выделение газа, а истечение в вакуум полностью диазирует жидкость. Так как происходит распыл жидкости и падение ее капель с высоты сливной емкости в вакуум, то время дегазации определяется только временем опорожнения емкости 1. На следующем этапе сливная емкость 17 соединяется с источником давления Р, а напорная емкость 1 при открытых 7 и закрытом 11 клапанах вакуумируется Р ,,после открытия клапана 24 происходит опорожнение сливной емкости 17 и заполнение напорной емкости 1, трубопроводов, блоков очистки, блока датчиков расхода и камеры 13 образца испьпательной жидкостью 2, Заполнение на- . порной емкости 1 на этом этапе,с целью более полной дегазации, можно осуществить аналогично предыдуще гу этапу, т.е. трубопровод 23 с отсечным клапаном 24 вьтолнить в Б1ще второй байпасной трубы, подключив последнюю к верхней части напорной емкости 1 через форсунку. По заполнении напорной емкости 1 клапаны 24, 21 и 7 закрываются, сливная емкость вакуумируется, напорная емкость соединяется с источш1ком давления, после чего стенд готов к испытаниям. После установки соответствующего режима течения, что обеспечивается электрической сзязък д.гчиков расход с соответствуюпимн регуляторами расхода, например 8 с 14,.9 с 15, Юс 16 и при открытии клапанов 7 и 11, жидкость 2 под действием разности давления между напорной емкостью 1 и сливной емкостью 17 протекает чере камеру 13 образца. При этом возможно моделирование следуюпщх течений, Теченне однофазной жидкости через образцы 42--44« В этом случае необходимо заглушить отверстие 37 и отверс тие в трубке 40. Течение однофазной жидкости с од НОЧНЕ ТМИ газовыми пузырьками. Генера тор пузырьков подключе и к трубке 40 а отверстие 37 заглушено. Частота следования пузырьков и их размеры определяются соответствующей настро кой регуляторов 28 и 30 расхода., данные величины фр1ксируются кинокам рой 32 в проходящем свете. Пористая пластина 39 создает рав номерньй (турбулентный) профиль ско рости и сглаживает возмущение, возникающее з-за трубки 40, что предо вращает осдиллящао газового пузырька 34 при его отрыве от отверстия трубки 40. Двухфазное течение с пузырьковой структурой гютокйо Через отверстие 27 осуществлен полтвод газа к пористой трубе 35 от регулятора 28 -раскода генератора пузырьков, Газосодержание дву:;{:фазного потока изменяется в зависпкости от настройки регулятора 28 расхода Параметры и структура по2ока фиксируются по показаниям блока датчиков расхода жидкости и датчктса 27 расхода ra3aj , а также через иллюминаторы 41 камерь. Двз,1гфазное течение со снарядной, ; н 04 н ой) с тр уктур ой кольцевой (nj-i потока особенность данОтличитньк .еченпй - их неустойчивость, что и ОПрСДС:ЛЯеч TpyiViOCTK при ;-1Х моделироваиииа Наиболее пройто моделируется снарядный режим, хотя в кекоторых случаях происходит разр шеине nysbipait i переход к пузырьковой. или кольцевой структурам потока 11а. трлочатого элемента 38 в ка ре 13 позво.ляет избежать этих труд,ностей. При моделировании этих режимов испытательная жидкость 2 подается через отверстие 37.и пористую трубу 35 в зазор if, а подача газа в камеру 13 осуществляется или через фильтр 12., отсоединенный от трзбопровода, или через трубку 40, В зависимости от соотношения расходов газа и шедкости наблюдаются или снарядный или кольцевой режиг и Наличие трубчатого элемента 38 создает устойчивое течение жидкости вдоль стенок камеры, Толаг{-1на пленки жидкости 54 на стенке камеры регулируется соответствуюнщм изменениям наружного 51 и внутреннего 52 диаметров по длине L трубчатого элемента 38. При подаче газа через отверстие 37 при определенном расходе ж:-171кости формируется поток типа свободная струя за счет оттеснения жидкости газом от стенок камеры,, С целью повышения устойчивости струи, стенка 49 трубчатого элемента 38 выполнена пористой, что при определенном зазоре дает возможность газу из зазора дополнительно перетекать через пористую стб;нку 49 и формировать поверхность 53 раздела, струи .препятствуя соприкосновению жидкости 2 со стенками камеры 13 вплоть до об 5азца 42, Поскольку на фopIvПIpoвaниe границы раздела фаз наибольшее влияние оказывает изменение гидравлических сопротивлений пористой трубы 35 и пористой стенки 49, а их величины определяются как толп1;иной пористого материала, так и его проницаемостью, то толщины и проницаемости пористой трубы 35 и пористой стенки 49 мо«°. ryi быть-выполнены переменны;-ш по длиise камеры 13, Поскольку наибольший интерес представляет натекание свободной струи жидкости под разными углами нак.чона., то образец 42 может быть установлен в камере. 13 по.д разны ш углами .к оси последней. Длина I трубчатого элемента 38 зависит диаметра камерь 13; а оптимальные расстояния от конца трубча того зпемеггта 38 до плоскости образца 42 зависят от режима те тения. Отпоиения величины зазора cf к длиие L трзбчатого элемента 38 должно чдо:оле1ворять неравенству О d-/L 10 Посла перетекания всего обьаt-ia кспытательной жг цкости 2 в

711

сливную емкость 17 весь цикл повторяется.

Использование предложенного стенда дает возможность получить достоверные экспериментальные данные по течению жидкостей, газов двухфазных потоков через проницаемые материалы при небольших затратах времени на JQ . Тг- №..Дренаж

5511

деаэрацию жидкостей. Предлагаемьй стенд позволяет моделировать и исследовать двухфазные потоки (жидкость + +газ) при течешга в элементах конст5 рукций транспортных средств, энергетического оборудования и на этой основе создать более совершенные фильтры, сепараторы, перспективные конструкции теплообменников. Дренаж Фаг.1 Р / Kf/dffocmi/, HMancfMt/ W Tpyff/ia Be/i/7 y/}f/

Фиг. 2

Vu2.3 nGHyjg /Hodava {/ff/focmi/

Фиг. 5

1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА В ПРОНИЦАЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащий напорную емкость для испытательной жидкости, ко-торая соединена через блок очистки и блок датчиков расхода с камерой для образца, выполненной в виде двух труб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала и заключе-, на в корпус с отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок регуляторов рас.хода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности испытаний, напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления через двухходовые клапаны, а одна из труб камеры для образца через запорный клапан соединена с байпасной трубой, которая посредством сужающего элемента соединена со сливной емкостью в верхней ее части, а над проницаемой час- , тЬю первой трубы камеры для образца дополнительно установлена пористая сл пластина, снабженная одной или несколькими трубками, соединенными с линией подвода газа или жидкости. 2. Стенд ПОП.1, отличающийся тем, что относительно проницаемой части первой трубы камеры для образца коаксиально и с зазо1 ел ром установлен трубчатый пористый элемент. О1