Устройство для исследования потоков среды Советский патент 1987 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям параметров двухфазных газожидкостных потоков, и может быть использовано для оценки оптимальньк режимов работы пеногенераторов при пенном пожаротушении, теплоизоляции пенопластами грунта и строительных конструкций, утепЛении пенопластами буртов сельхозпродукции.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратно сти, .дисперсности и реологичес ких свойств двухфазных потоков.

Принцип работы устройства основан на том, что при одном и том же продольном градиенте давления параметры реологически сложной среды на внутренней поверхности измерительных трубопровов меньшего сечения идентичны параметрам в цилиндрическом слое того же диаметра в измерительном трубопроводе большего сечения. Это позволяет установить распределение параметров по сечению потока в цилиндрической трубе, не вводя в поток какие-либо датчики, которые в случае измерений в потоке пены непременно вносят искажение в параметры, течения. Для этого достаточно сделать измерения на стенках нескольких трубопроводов меньшего диаметра,При этом необходимо выполнение двух условий; постоянство продольного гра- ;диента давления во всех измерительных трубопроводах и отсутствие проскальзывания у стенок трубопроводов о

Выполнение первого условия в предлагаемом устройстве обеспечивается наличием коллектора и одинаковой длиной всех измерительных трубо

проводОБ с

Для выполнения второго условия внутренняя поверхность измерительных трубопроводов имеет поперечные ребра с размерами, превьшающими размер пузырьков пены.

На фиг. 1 представлено устройство, общая схема, на фи, 2 - внут- реняя поверхность трубопроводов (узел J. на фиг. 1); на фиг, 3 - измерительная ячейка для определения кратности и дисперсности (узел II на фиг. 1),

З стройство для измерения параметров потоков, преимущественно двух- фазньос потоков с пенной структурой.

5

0

5

состоит из коллектора 1, к которому присоединены входы измерительных трубопроводов 2 одинаковой длиной с различными внутренними диаметрами,. причем внутренняя поверхность имеет поперечные ребра 3 с шагом t и глубиной h, соизмеримыми с максимальным размером пузырьков пены, К входу коллектора 1 .подсоединен пено- генератор 4, конструкция которого позволяет генерировать -пены различной дисперсности и кратности,

К измерительным трубопроводам присоединены датчики 5 измерения перепада давления и измерительные ячейки 6 кратности и дисперсности с вмонтированными заподлицо в стенки электродами 7,Стенки ячеек 6 выполнены прозрачными. Для отбора пены из измерительных трубопроводов имеется поршенек 8 с тягой 9,

На выходе измерительных трубопроводов установлены трехходовые краны 10, один ход которых соединяет измерительные трубопроводы с пенога- сителем 11 для разрушения пены струей сжатого воздуха из сопла 12, а другой ход - с приемным баком 13. На крыше приемного бака 13 установлены кран 14 подачи воды, кран 15 для соединения с атмосферой, кран 16 на воздушной линии, а кран 17 для слива воды згстановген внизу бака. Приемный бак 13 соединяется с измерительным баком 18 воздушной линией 19, Измерительный бак 18 с открытым внизу сечением устанавливается в вспомогательный бак 20, Измерительный и вспомогательный баки снабжены кранами 21 и 22, Насос 23 используется для возврата жидкости, из пеногасителя 11 в пеногенера- тор 4,

45 Устройство для измерения потоков., преимущественно двухфазных потоков с пенной структурой, работает еле-, дующим образом.

Перед началом работы приемный бак 13 через кран 14 подачи воды про- мьгвается водой от остатков пены. При . этом вода сливается через открытый кран 17 слива воды, после чего краны закрываются. При закрытых кранах 16 и 21 и открытом кране 22 вспомогательный бак 20 наполняется водой. Одновременно вода, поступая через нижнее открытое сечение, заполняет измерительный бак 18, Затем кран 22

0

5

0

0

55

закрывают, а воду из бака 20 через кран 21 сливают. При этом в баке 20 устанавливается уровень, лишь на 2-3 мйу превышающий уровень нижнего сечения измерительного бака 18. Затем устанавливают трехходовые краны 10 в положение Пеногаситель и включают пеногенератор 4 и пеногаси тель 11, т.е. пропускается сжатьй воздух через сопло 12.

После выхода на установившийся режим открывают кран 16 на воздушной линии и переводят в положение Измерение один из трехходовых кранов 10. При зтом пена из соответствующего измерительного трубопровода 2 начинает поступать в приемньй бак 13, вытесняя из него воздух в измерительный бак 18. В момент полного опорожнения бака 18 трехходовой кран 10 переводят в положение Пеногаситель.

Время опорожнения измерительного бака 18 фиксируется по секундомеру, что позволяет по известному объему измерительного бака 18 рассчитать расход пены и среднерасходную скорость в измерительном трубопроводе.

Одновременно произв.одят измерени кратности и дисперсности пены. Для этого поршенек 8 измерительной ячейки 6 (фиг. 3) передвигают в крайнее правое положение, заполняя ячейку пеной. Электрическое сопротивление пены, заключенной между двумя электродами ячейки, характеризует кратность, а через прозрачные стенки измерительной ячейки производят микрофотографирование пены для последующего определения дисперсности. Дополнительную информацию для оценки кратности можно получить, взвешивая приемный бак 13 до и после наполнения его пеной.

Пена, поступившая в пеногаситель 11, разрушается струей сжатого воздуха, поступающего через сопло 12, при этом жидкость стекает вниз и насосом 23 перекачивается на вход пеногасителя 4, а воздух выходит в атмосферу.

Таким образом, предлагаемое уст- ройство позволяет,проделав измерения на нескольких измерительных трубопроводах в едином цикле, получить распределение скорости, кратности и дисперсности двухфазных потоков, преимущественно с пенной структурой по сечению потока.

2836174

Наличие коллектора, к которому . подсоединены входы измерительных трубопроводов, дает возможность проведения одновременных измерений во

5 всех трубопроводах. Кроме того,одинаковая длина измерительных трубопроводов, подсоединенных к одному коллектору, способствует созданию одинакового градиента давления во

10 всех трубопроводах, что существенно упрощает обр ботку результатов измерений с целью получения реологических характеристик пены.

Это следует из существующих рео 5 логцуеских методов измерений экспериментальным путем, когда решается обратная задача определения вязкости среды и реологических констант по

экспериментальным данным расхода и .20 градиента давления по формуле

р UE2/d5i Rl (1 § X 811 R2 У„-д 3 ° .

+ 2 х2 - - х ) 1- / х 3 °

где dp/dz| - градиент давления ,

R - радиус трубопроводов; V - скорость квазитвердого ядра потока пены О, . - расход пены,х„ RO/R (здесь К„ - радиус- квазитвердого ядра - потока пены).

Разные внутренние диаметры измерительных трубопроводов позволяют при одинаковом градиенте давления

построить.эпюры скорости потока по сечению трубопроводов путем их наложения, что существенно упрощает как проведение измерений, так и процедуру их обработки, поскольку, в данном

случае отпадает необходимость в использовании сложных методов и дорогостоящей измерительной аппаратуры,например лазерной доплеровской анемометрии .

Наличие на внутренних поверхностях трубопроводов ребер с шагом -и глубиной, превышающих максимальный размер пузырьков пены, исключает пристенное , скольжение пены, которое искажает истинные значения реологических свойств.

Включение в устройство элементов для измерения объемного расхода в каждом трубопроводе позволяет доста5128361

точно точно измерить з каждом случае среднерасходную скорость пены, необходимую для построения эпюры скоростей при одинаковом градиенте давления без привлечения сложной изме- рительной аппаратуры, что иллюстрируется соотношением

2

Ткя

(

где Q V

R-расход пены,

-среднерасходная скорость пены,-радиус.i-трубопровода. Наличие на выходе из трубопроводо

пеногасителя, снабженного насосом дл возврата жидкости на вход пеногене- ратора, создает замкнутый контур по жидкой фазе, что позволяет проводить непрерывные измерения в эксперимен- тах без дополнительной подачи исходного раствора, тем самым способствуя сохранению постоянных значений фи- зико-химических свойств пены и экономичному использованию раствора

Формула изобретения

Устройство для исследования потоков среды, содержащее расположенные

fjfffOCfrrb

O

5

0 5

0

7 -6

под одинаковым углом к вертикали трубопроводы разного диаметра, снабженные кранами и встроенньми датчиками перепада давления, и приемньш бак, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратности, дисперсности и реологических свойств двухфазных потоков, оно дополнительно содержит пеногенератор с подсоединенным к его выходу коллектором, который в свою очередь соединен с входами трубопроводов, пеногаситель, установленный на выходе трубопроводов, изме- рительньй бак, установленный своим открытым торцом во вспомогательньш бак и соединенный с приемным баком, при этом один ход кранов соединяет трубопроводы с пеногаситалем, а другой ход - с приемным баком, трубопроводы выполнены одинаковой длины, а их внутренняя поверхность - с поперечными ребрами с шагом и глубиной, соизмеримыми с максимальным размером пузырьков пены, причем на каждом трубопроводе вмонтирована прозрачная ячейка с поршнем и электродами, подсоединенными к кондуктометру.

П

,гА

2 пооернуггго

Устройство относится к лабораторной технике для исследования гидродинамических параметров и свойств двухфазных потоков и может быть использовано для изучения комплекса свойств двухфазного потока, преимущественно с устойчивой пенной структурой. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства в сторону исследования кратности, дисперсности и реологических свойств двухфазных потоков. Устройство для измерения параметров двухфазных потоков с устойчивой пенной структурой состоит из коллектора, к которому присоединены входы измерительных трубопроводов одинаковой длины и с различными внутренними диаметрами, причем внутренняя поверхность имеет поперечные ребра с шагом и глубиной, превышающими максимальный размер пузырьков пены. К коллектору подсоединен пеногенератор, конструкция которого позволяет генерировать пены различной дисперсности и кратности. В измерительных трубопроводах установлены датчики перепада давления и датчики измерения кратности и дисперсности. На выходе из измерительных трубопроводов установлены трехходовые краны, одни выходы которых соединяют измерительные трубопроводы с пеногасителем, а другие - с приемным баком. Приемный бак соединяется с измерительным баком. Для возврата жидкости на вход пеногенератора устройство содержит насос. 3 ил. i (Л Ivd 00 СО 05

cfJu&.

ffffHffyff/по метру j7ue.3