Устройство для комплексного определения характеристик дисперсных систем с погруженными в них поверхностями /его варианты/ Советский патент 1986 года по МПК G01N21/49 

1

Изобретение относится к измерительной тег;нике и предназначено ,цля комплексного определения в одном , опыте локальных и интегральных структурных, аэродинамических и теплооб- менных характеристик различных дисперсных систем с погруженными в них оребренными поверхностями.

Целью изобретения является расширение числа определяемых в одном опыте характеристик путем дополнительного определения локальных значений порозности дисперсной систетф методом ослабления в ней светового потока и статического давления на тгх же участках оребренной поверхности, где определяются коэффициент теплообмена (КТО). Это делает устройство пригодным для комплексных исследований теплообменных, аэродинамических и структурных характеристик различных дисперсных систем с догруженными оребренными трубчатыми говерхностями.

На фиг. 1 представлено устройство, выполненное в виде цилиндра с прямыми продольными ребрами, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. ; на фиг. 3 - сече1|ие Б-Б на фиг. I; на фиг. 4 - светоизлуча ющая ячейка; на фиг. 5 - устройство выполненное в виде цилиндра с поперечными срезанными ребрами, общий ВИД на фиг. 6 - сечение В-В на фиг,5; на фиг. 7 - представлено устройство, вьшолненное в виде цилиндра с поперечными срезанными ребрами общий вид; на фиг. 8 - сечение на фиг. 7.

Суть изобретения заключается в том5 что устройство снабжается дополнительно приемниками светового илучения, системами измерения световых потоков и статических давлений, на поверхности цилиндра и ребер в ззорах между лентами электронагревателя выполняются светоизлучающие ячейки и датчики статического ления. Для создания светового поток в ячейке, в цилиндре размещается центральный световод, подклнученшой внешнему источнику регулируемого светового потока и соединенный от- .ветвлениями с ячейками, а также каналы, соединяющие датчики статического давления с измерительными устройствами. Световой поток в ячейке может быть создан также с помощью светоизлучающего люминесцентного

330162

покрытия, нанесенного на стенке ее внутренней полости. В таком случае отпадает необходимость йо внешнем источнике света, центральном с.вето- J воде и ответвлениях, что упрощает конструкцию. К недостаткам последнего варианта относится невозможность регулирования излучаемого ячейкой светоЕюго потока во время опыта. Для JO изменения излучаемого потока необходимо принять различные люминесцентные покрытия.

Устройство для комплексного иссле15 довашш структурных, аэродинамических и теплообменных характеристик дисперсных систем у погруженных ореб- ренньте поверхностей (фиг.1) состоит из цилиндра 1 с ребрами 2, блока

20 регулирования и измерения тепловых потоков и температур (не показан), приемиика 3 светового излучения, блока регистрации (не показан), Цилиндр и продольные ребра 2

25 из иизкотеплопроводного материала (Например, гетинакса, дельта-древесины) снабжены ленточным электронагревателем 4, обеспечивающим равно- мерньй тепловой поток во всех точках

поверхности благодаря тому, что ленты Электронагревателя калиброваны, имеют практически неизменное по не поперечное сечение, изготовлены из материала, электрическое сопротивление которого слабо зависит от температуры (например, нихрома). Ленты наклеены вдоль цилиндра и ребер, так как КТО в этом направлении при поперечном омывании неизменен. Зазор между лентами составляет 1-2 мм, их ширина 3-5 мм. Электронагреватель подключен к источнику питания сети переменного тока с помощью автотрансформатора, стабилизатора и приборов, йзмерййш ж параметры электрического тока (например, комплект К-50). В одном из сечений цилиндра, близких к центральному, под каждой лентой электронагревателя расположен горя- ч:ий спай термопары 5, термоэлектро- дгз проложены в продольных канавках 6, введены с торца цилиндра и под- к;(1ючены к системе измерения температур, включающей переключатель с общим холоддшм спаем и потенциометр.

55 Горячие спаи контактируют с внутренней поверхностью лент электронагревателя через тонкий слой неэлектропроводного клея.

40

50

В этом же сечении на поверхности цилиндра и ребер в зазоре между лентами электронагревателя размещены светоизлучающие ячейки 7, соединенные ответвлениями 8 с центральным световодом 9. Светоизлучающая ячейка представляет собой щель длиной не менее 5 размеров частиц дисперсной среды, шириной меньше зазора между лентами электронагревателя на 0,5-0,8 мм. Центр каждой ячейки расположен в зазоре между горячими спаями термопар, установленными под соседними лентами. Ячейка заподлицо с поверхностью цилиндра (ребра) закрыта пластинкой 10, прозрачной для светового излучения. Центральньш световод 9 представляет собой не- сквоэной продольный канал, подключенный в торцовом сечении цилиндра к внешнему общему источнику регулируемого светового патока i1 (нап- |ример, люминесцентной лампе). Стен- ки световода 9, ответвлений 8 и ячеек 7 покрыты светоотражающим слоем. Световой поток в ячейках может быть создан и без внешнего общего источника света с помощью размещенных в них индивидуальных источников, например люминесцентных покрытий, электролюминесцентных панелей, све- тоизлучающих диодов. В этом случае центральный световод и ответвления от него к ячейкам не нужны, что упрощает конструкцию цилиндра. Против каждой ячейки установлен приемник 3 светового излучения на креплениях 12 позволяющих изменять расстояние между приемником и ячейкой от 3 до 5 калибров частиц дисперсной системы в зависимости от ее концентрации. Приемник светового излучения представляет собой фотоэлемент, подключенный к системе измерения светового потока - миллиамперметру, либо фотопленку, обработка которой выполняется с помощью фотометрической установки.

В сечении цилиндра, расположенном по другую сторону от центрального, установлены в зазорах между лентами датчики 13 статического давления в точках, симметричных тем, где размещены светоизлучающие ячейки. Каждое отверстие заподлицо с поверхностью цилиндра (ребер) закрыто сет- кой 14, предотвращающей его забивание, и подсоединено к индивидуальному каналу 15 статического давления.

. который выведен к торцу цилиндра и подключен к измерителю (например, микроманометру).

На фиг. 2 представлено устройство, в котором цилиндр I снабжен поперечными срезанными ребрами . Ленты нагревателя 4 размещены на ребрах горизонтально, так как основное изменение КТО наблюдается по ходу движед ния дисперсной среды (т.е. по вертикали) .

В одном из ребер, расположенном вблизи центрального сечения цилиндра 1, установлены горячие спаи термос пар 5 и светоизлучающие ячейки 7 с приемниками 3 светового излучения. В другом ребре, расположенном симметрично по другую сторону от центрального сечения, выполнены отверстия 13

0 и каналы 15 статического давления. Остальные ребра не содержат указанных элементов и лент электронагревателя , они служат лишь для создания гидродинамического подобия, моделу5 рования характера омывания дисперсной средой.

Аналогичный вид имеет цилиндр с поперечными ребрами другой конфигурации, например кольцевыми. Возможен вариант конструкции с полыми, ребрами и цилиндром, проложенными в полостях световодами, каж.цый из которых подключен к источнику света и ячейке, и трубками статического давления, подключенными к отборникам и измерите5 лям давления. В этом случае свет от общего внешнего источника подводится индивидуально к ячейке.

Устройство работает следзтощим образом.

Оребренный цилиндр 1 устанавливают в канал, в котором движется исследуемая дисперсная среда, включают электронагреватель 4 и источник I1 саета . У поверхности оребренного

цилиндра 1 формируются в дисперсной среде определенные поля скоростей, давлений и концентраций, зависящие от конфигурации и размеров цилиндра, свойств и режиь а течения среды, и,

0в свою очередь, обуславливающие распределение коэффициентов теплоотдачи и температур по поверхности. После наступления стационарного режима с помощью измерительных систем

измеряют мощность электронагревате- пя, температуры и статические давления в разных точках поверхности ребер и цилиндра, температуру дисперс0

ной среды, расход газового компонента, световой поток, падающий на приемники. Все измерения повторяют несколько раз, результаты повторных измерений усредняют. По усредненным значениям определяют локальные, значения коэффициентов теплоотдачи, порозности, статических давлений. Совместный анализ этих данных позволяет установить основные закономерности взаимосвязанных процессов механики, гидродинамики и теплообмена дисперсных систем при наличии погруженных поверхностей, судить о характере их омывания, наличии зон отрыва потока, их размерах.

Как бьшо отмечено В1лне, размер фотоприемника, равный 5-6 соответствующим размерам светоизлучакядей ячейки, выбирается из условия равенства единице углового коэффициента излучения Ч Если фотоприемник будет меньшего размера ( Ч 1 ) и часть лучей, излучаемых ячейкой, пройдет мимо фотоприемника, то снизится точность определения интенсивности падающего на фотоприемник светового потока. Увеличение размеров фотоприемника свыше 5-6 размеров ячейки нецелесообразно, так как может привести к нарушению структуры слоя дисперсного материала вблизи погруженной поверхности и отличию ее от реальной, что, в свою очередь, увеличит погрешность измерения пороз- ности слоя.

Минимальное расстояние от ячейки до фотоприемников выбирается с учетом того, что размер ячейки слоя. для которой производятся измерения 5 должен быть таким, чтобы можно было пренебречь дискретной структурой поледнего. Согласно литературным дан- ньш, ячейка должна включать 5-6 частиц дисперсной системы. При уве,ггаче нии расстояния между ячейками и фотоприемниками возрастает степень поглощения и рассеяния светового потока, испускаемого светоизлучающей ячейкой, что приводит к снижению точности измерения светового пот&ка падающего на приемник, снедователь но, к снижению точности определения порозности слоя.

Формула изобретени

1 . Устройство для комплексного определения характеристик дисперсных

5

0

S

0

5

систем у погруженных поверхностей, содержащее ребристый цилиндр, вдоль образующих которого расположены с зазором сплошные ленты электронагрева- теля, последовательно соединенные между собой и с источником питания, и блок регулирования и измерения теплоЕЮГо потока, соединенный с термопарами,, горячие спаи которых размещены под лентами электронагревателя в плоскостях, перпендикулярных образующим ребристого цилиндра, отличающееся тем, что, с целью расширения числа определяемых характеристик, устройство дополнительно содеряшт источник регулируемого светового потока, датчики статического давления,, сквозные светоизлучающие ячейки, блок регистрации и фотоприемники, при этом датчики статического давления и указанные светоизлучающие ячейки размещены в зазорах между лентами электронагревателя в тех же глоскостях ребристого цилиндра, где и горячие спаи термопар, светоизлучающие ячейки выполнены в ребристом цилиндре в виде щелевых отверстий шириной не более зазора между лентами, длиной не менее пяти диаметров частиц дисперсной системы, покрыты изнутри светоотражающим материалом, закрыты заподлицо с поверхностью ребристого цилиндра прозрачными пластинш га и оптически связаны с источником регулируемого светового потока и фотоприемниками, а фотоприемники размещены в той же плоскости, что и светоизлучающие ячейки,на одинаковом расстоянии от них, причем ;оличество фотоприемаиков равно количеству светоизлучакшик ячеек, а выхода фотоприемников соединены с блоком регистрации.

2. Устройство для комплексного определения характеристик дисперс- jjbix систем у погруженных-поверхностей, содержащее ребристый цилиндр, вдоль образующих которого расположены с зазором сплошные ленты электронагревателя, последовательно соеди- йенные между собой и с источниками питания, и блок регулирования и измерения тегшового истока, соединенный с термопарами, горячие спаи которых размещены под лентами электронагревателя 8 П.ПОСКОСТЯХ, перпендикулярных обраэ: теяцнм ребристого цилиндра, о т- ли чающееся тем, что, с целью расширения числа определяемых

характеристик, устройство дополнительно содержит датчики статического давления, нёсквозиые светоизлучаю- нще ячейки, блок регистрации и фо- топриемиики, при этйн датчики статического давления и указанные све- тоизлучающие ячейки размещены в зазорах между леитами электронагревателя в тех же плоскостях ребристого цилиндра, где и горячие спаи термопар, светоизлучаювще ячейки выполнены в ребристом цилиндре в виде щелевых отверстий шириной не более зазора между лентами, дпиной не менее пяти диаметров частиц дисперсной системы, покрыты изнутри светоизлу- чахяцим материалом, закрыты заподлицо с поверхностью ребристого цилинд

ра прозрачными пластинами и оптичес ки связаны с фотоприемниками, размещенными в той же плоскости, что и светоизлучаюшие ячейки на одинаковом расстоянии от них, причем количество фотоприемников равно количеству светоизлучающих ячеек, а выходы фотоприемников соединены с блоком регистрации.

3. Устройство по пп. I и 2, о т- л и ч а ю щ е е тем, что фотоприемники установлены на расстоянии от 5 до 30 диаметров частиц дисперсной системы от светоизлучакйцих яче- ек, а ширина и длина фотоприемников составляют от пяти до шести соответ- ствующих размеров светоизлучакйцих ячеек.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для комплексного определения в одном опыте локальных и интегральных структурных, аэродинамических и теп- лообменных характеристик различных дисперсных систем с погруженшл«1 в них оребренными поверхностями. Цель достигается с помоцью нового технического решения, заключающегося в том, что устройство снабжено дополнительно приемниками., светового излучения, системами измерения световых потоков и статических давлений, на поверхности цилиндра и ребер в зазорах между лентами электронагревателя выполнены светоизлучаювще ячейки и отборники статического давления. 2с. и 1з.п. ,ф-лы, 8 ил. (Л ьо со со

--I --1

А/Г

./

Фиг.

Фиг.2

Фиг.:5

Фиг б

Фи.

Г-Г

|Г

(

%99f

15

Фиг 8

Составитель В.Калечиц Редактор В.Иванова Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 2761/44 Тираж 778Подписное

ВНИИ1Ш Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4