Устройство для измерения турбулентности потока Советский патент 1988 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к технике измерения турбелентности газовых и жидкостных потоков и может быть использовано как в различных аэрогидро- динамических исследованиях, так и в исследовании дисперсных потоков.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - полученная экспериментальным путем функция, выражаюш:ая связь между амплитудой перемещений эластичной поверхно- сти и числом колебаний эластичной поверхности с этой амплитудой в единицу времени, используемая для измерения спектрального распределения.

Устройство для измерения пристен- ной турбулентности содержит об текае- мую эластичную поверхность 1, служащую приемным элементом датчика 2 пе- ремеш,ений, совмещающего в себе функцию микрофона. Датчик 2 соединен с регистрирующим устройством 3. Устройство для измерения турбулентности дополнительно содержит второй датчик 4 и коррелятор 5, используемый для измерения корреляции между двумя ис- следуемыми точками (А и Б), и снабжено счетчиком 6 импульсов, а также измерителем 7 местного трения в виде датчиков статического давления.

В устройстве для измерения при- стенной турбулентности с целью повышения прочности обтекаемая эластична поверхность может быть выполнена многослойной, например в виде полимерно пхсенки, соединенной с датчиком 2. Пленка покрывает слой паралона, кото рьм прикреплен к жесткой стенке.

Устройство работает следующим образом.

При течении исследуемого потока по эластичной поверхности 1 турбулентные пульсации давления деформируют эластичную поверхность 1, перемещение которой преобразуются датчиками 2 и 4 в сигналы, поступающие на функциональную схему. Датчик 21, регистрирующий перемещение поверхности 1, служит и микрофоном, измеряющим флуктуации давления. Такое расширени функциональных возможностей датчика 2 обеспечивается выполнением обтекаемой поверхности из эластичного материала. Датчик 2 перед работой необходимо протарировать для получения

зависимости сила - перемещение. При поступлении сигнала с датчика 2 на регистрирующее устройство 3 по его величине можно установить силу турбулентных пульсаций F, действующих на эластичную поверхность 1. Это позволяет определить характер исследуемого потока (ламинарный или турбулентный)

При поступлении сигнала с. датчика 2 на регистрирующее устройство 3 и счетчик 6 импульсов можно определить спектральное распределение пристенных пульсаций давления путем регистрации устройством 3 амплитуды перемещений эластичной поверхности при одновременном определении количества этих перемещений счетчиком 6.

При поступлении сигналов с датчиков 2 и 4 на коррелятор 5, при установлении на приборе заданного значения коэффициента корреляции, можно определить площадь S действия турбулентных пульсаций, характеризующих размеры турбулентных молей (вихрей).

Измерения характеристик турбулентности предлагаемым устройством определяют следующим образом. В основу определения величины пристенных турбулентных пульсаций давления положена зависимость, н/м

I.

(1)

где F - сила, с которой действуют

турбулентные пульсации давления на эластичную поверхность 1, измеряемая с помощью заблаговременно проТа- рированного датчика 2 перемещений;

S - площадь действия турбулентных пульсаций давления, определяемая с помощью двух датчиков 2 и 4 перемещения коррелятора 5.

При протекании в канале с эластичными стенками 1 турбулентного потока турбулентные пульсации давления, среднеквадратичная величина которых p J зависит от местного трения , н/м2 :

Р ,Й, (2)

где oi - безразмерный коэффициент пропорциональности; X - безразмерный коэффициент

сопротивления трубопровода;

Р

м

м

и - - плотность и средняя скорость потока соответственно, локально деформируют эластичную поверхность:

1 k F,(3)

где k - коэффициент пропорционально

сти, зависящий от эластичных

свойств поверхности; F - сила, с которой турбулентные пульсации воздействуют на эластичную стенку, перемещение которой преобразуется датчиком 2 в сигнал, подаваемый на регистрирующее устройство 3.

По величине сигнала, пропорционального перемещению 1, можно с по- мощью заблаговременно протарированно- го датчика (зависимость (3) определить силу действия турбулентных пульсаций F.

Проверка работы предлагаемого устройства и полученного значения среднеквадратичных пульсаций давления производятся путем экспериментального определения членов, входящих в известную в гидромеханике и служащую та- рировочной зависимость (формулу Край- хнана (2).

Значения безразмерного коэффициента сопрот ивления трубопровода , входящего в выражение тирировочной за- висимости (2), определяют по формуле

1

uP-.d

L.I

(4)

jpU

Р

где fiP - перепад давления на рабочем

участке длиной oi (измеряют с помощью приемников 6 давления;Uj,p - средняя скорость потока,

м/с. -.

Для измерения спектрального распределения амплитуд и, соответственн выражениям (2) и (3), величин турбулентных пульсаций давления служит экспериментальная зависимость, представленная на фиг.2. Эта зависимость получена следующим образом. При определенном пороге чувствительности счетчика б импульсов регистрируют

п. число перемещения п; эластичной

поверхности 1 с максимальной амплитудой перемещений Н;.

5

10

- о

35

25

40

45

50

55

При увеличении порога чувствительности счетчик 6 импульсов начинает суммировать меньщие амплитуды перемещений эластичной поверхности 1, при этом число регистрируемых колебаний составляет

Еик(1).(5)

Hcno JTb30BaHne канала с эластичными стенками выгодно отличает предла- гаемьй стенд от известного, так как позволяет измерять наряду с традиционными характеристиками потока характер пограничного слоя - ламинарный или турбулентный, по величине колебаний эластичной поверхности, зону перехода в канале - путем перемещения датчика по длине канала, величину турбулентных пульсаций, корреляционную функцию, спектральное распределение - силу пульсаций давления, действующую на поверхность, и ее площадь действия. Величина этой силы имеет практическое значение, так как постоянно воздействуя на обтекаемую поверхность металлов, разрущает поверхностно-активную пленку металла, что приводит к появлению коррозионных разрушений.

Кроме того, она имеет значение при акустическом излучении. Сила тур- булентных пульсаций зависит от скорости потока и конструктивных особенностей аппаратов (срьгоы вихрей) и может быть определена с помощью предлагаемого устройства, если канал с эластичными стенками геометрически подобен проточной части аппарата. Это позволяет с учетом конструктив- . ных особенностей аппарата, зная критическое значение и частоту пульса- ционной силы, разрущающей поверхностную пленку данного металла, определить допусти1 1е скорости течения в аппарате из этого металла. Площадь действия турбулентных пульсаций позволяет характеризовать размеры турбулентных ударяющихся об эластичную поверхность молей.

Наличие приемников статического давления для определения местного трения позволяет исключить дополнительные тарирования устройства, имеющиеся в системах для измерения тур булентности, например в системе Di- sa, или при измерении пристенных турбулентных пульсаций пьезокерами- ческими датчиками, что удешевляет вьшолнение измерений.

Использование канала с эластичными стенками позволяет измерять спектральное распределение пристенных пульсаций давления с помощью дешевого широкоприменяемого для различных целей счетчика импульсов, что исключает при решении этой задачи наличие дорогостоящего анализатора спектра

ства за счет измерения спектрального распределения пристенных пульсаций давления и площади их действия, а также измерения их количественных характеристик, обтекаемая поверхность выполнена из эластичного материала запрдлицо с поверхностью канала и жестко в нем установлена, устройство

Изобретение, относится к технике измерения турбулентности газовых и жидкостных потоков и предназначено для измерения силы и величины при- .стенных турбулентных пульсаций давления. Цель - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для измерения пристенной турбулентности включает эластичную поверхность, служащую приемным элементом датчика перемещений. Датчик перемещений соединен с регистрирующим устройством. Устройство дополнительно содержит второй датчик перемещений и коррелятор и снабжено счетчиком импуЛьсов, а также измерителем местного трения. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. е S (Л

и, соответственно, уменьшает затраты Ю дополнительно снабжено вторым датчи- при измерении, перемещений, связанным с коррелятором, которьй, в свою очередь, подФормула изобретения соединен к первому датчику перемещений, к которому подключен счетчик 1. Устройство для измерения турбу-15 импульсов, лентности потока, содержащее установленную в канале обтекаемую поверхность и датчик регистрации перемещений этой поверхности, отличаю2, Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений за счет

щ е е с я тем, что, с целью повыше- 20 определения тарировочных значений, ния точности измерений и расширения в канале установлены два датчика ста- функциональных возможностей устрой- тического давления,

соединен к первому датчику перемещений, к которому подключен счетчик импульсов,

2, Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений за счет

Фив,1

Н,

пкп

ю 5Ю т т

Vif2.2

то