Способ определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствия и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к исследова ыию аэрозолей и может быть использовано при изучении механизма улавливания и осаждения пылей, дымов, тума- нов и парожидкостных смесей в пробо- отборных, воздухоочистных устройствах паровых и газовых турбинах, а также при изучении обледенения поверхности летательных аппаратов,

Цель изобретения - повьшение точности и скорости определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц из аэрозольного потока на препятствия при изменении параметров аэрозольного потока и геометрии препятствия.

На фиг, 1 представлена схема устройства для определения зоны и козф- .фициента захвата; на фиг, 2 - схема исследуемого препятствия; на фиг,3 - узел I на фиг. 2; на фиг, 4 - схема проведения эксперимента по.определению степени взаимовлияния поверхностных электрических зондов; на фиг.5 - схема проведения эксперимента по определению зоны и коэффициента захвата при взаимодействии аэрозольного потока с плоской поверхностью.

Устройство для осуществления спо- соба определения зоны и коэффициента захвата представляет собой аэродинамическую трубу (фиг. 1), в форкаме- ре 1 которой за хонейкомбом 2 установлены распыляюпкш форсунки 3 гене- ратора 4 аэрозоля. На выходе форка- меры 1 перед сопловьм аппаратом 5 установлена, например, металлическая сетка 6. Генератор 4 аэрозоля и сетка 6 электрически изолированы от сте- нок аэродинамической трубы. К сетке, 6 подключен высоковольтный электрод источника 7 высокого напряжения. Генератор 4 аэрозоля и источник 7 высокого напряжения заземпены через об- щий микроамперметр 8. В рабочем учаске 9 аэродинамической трубы установ- лены измеритель дисперсности 10 и концентрации аэрозольных частиц и исследуемое препятствие 11с уставов ленными на нем электрическими зондами 12,, изолированными друг от друга и от. поверхности препятствия и заземленными через йикроамперметры 13 и .14. Воздушный поток в аэродкнами ческой трубе создается вентиляторной установкой 15.

Конструктивно препятствие выполнено в виде отдельных частей, способны

0 -

5

изменять свое положение относительно друг друга и вектора скорости V набегающего потока заряженной аэрозоли. В качестве примера на фиг, 2 изображено препятствие, представляющее собой отсек механизированного крыла ле- -тательного аппарата, Предусмотрен а возможность изменения угла атаки d и углов отклонения предкрылка (fp и одно- щелевого закрылка tTj , На поверхности препятствия заподлицо с ней укреплены плоские электрические зонды - металлические пластины на изолирзтощей подложке.. Они размещены таким образом, что покрывают всю поверхность препятствия и не имеют электрического контакта с ней и друг с другом. Технологические зонды могут быть выполнены, например, травлением фольгированных листов диэлектрических материалов или напылением металла на диэлектрическую подложку. Форма зонда произвольна, а размеры определяются зарядом, переносюшм аэрозолем, и чувствительностью измерителей тока. Каждый зонд подключен к индивидуальному измеритешо тока, например, микроамперметру 13. Возможно последовательное подключение всех зондов через ком.1утирукяцее устройство 16 к одному измерителю тока с одновремен-, ным измерением суммарного тока, текущего на землю от всех зондов, общим микроамперметром 14 (фиг.3).

Способ осуществляется следующим образом.

Вентиляторной установкой 15. аэро-- динамической трубы создают воздушный поток, в который расш тяющими форС5Ш- ками 3 генератора 4 аэрозоля, установленными в форкамере 1 перед сеткой 6; вводят частиг з аэрозоля, например, дистиллированной вода. С помощью источника 7 высокого напряжения создают распыляюпщми -форезшками 3 и сеткой 6 электрическое поле, в котором осуществляют индукционную зарядку частиц. Параметры генератора 4 аэрозоля устанавливают так чтобы обеспечивалась постоянная плотность потока аэрозоля Б поперечном сечении рабочего з част- ка 9 аэродинамической трубы. При зарядке частиц аэрозоля,, учитывая различные виды электростатических сил, действу- кщих на частицу, подбирают парамет электрического поля таким образом, чтобы траектории частиц практически не зависели от их заряда.

реноса 1, переносимый заряженным аэрозольным потоком

циент захвата IiS

Изобретение относится к области исследования аэрозолей и может быть использовано при изучении механизма улавливания и осаждения пыли, дыма, туман и парожидкостных смесей в пробоотборных, воздухоочистных устройствах, паровых и газовых турбинах, а также при изучении обледенения поверхности летательных аппаратов. Способ определения зоны и коэффициента захвата заключается в том, что предварительно заряжают воздушный поток, обтекающий препятствие, установленное в рабочем участке аэродинамической трубы. Определяют ток, переносимый заряженными частицами через поперечное сечение аэродинамической трубы. Измеряют электрические токи, текущие на различные участки поверхности препятствия при осаждении на них заряженных частиц, и определяют коэффициент захвата как отношение тока осаждения к току переноса, умноженное на отношение площади поперечного сечения потока заряженной аэрозоли к площади проекции препятствия на плоскость, параллельную плоскости поперечного сечения невозмущенного аэрозольного потока. Зону захвата определяют из условия неравенства нулю токов осаждения, текущих на различные участки поверхности препятствия. Способ осуществляется с помощью устройства. Устройство для определения зоны и коэффициента захвата содержит генератор аэрозоля и металлическую детурбулизирующую сетку, установленные в форкамере аэродинамической трубы и электрически изолированные от элементов ее конструкции. Детурбулизирующая сетка подключена к высоковольтному электроду источника высокого напряжения. Источник высокого напряжения и генератор аэрозоля заземлены через общий измеритель тока. На поверхности препятствия установлены металлические зонды, электрически изолированные друг от друга и от поверхности препятствия и заземленные через измерители электрического тока. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.

где

IB I . I в ток выноса из

генератора 4 аэрозоля; I у ток утечки на сетку 6 при осаждении на нее заряженных частиц аэрозоля (во избежание утечки тока по тракту подачи распыляемой жидкости все элементы конструкции генератора 4 аэрозоля не связаны с землей) .

Измерителем 10 дисперсности определяется функция распределения аэрозольных частиц по размерам.

В случае использования в генераторе аэрозоля форсунок 3 с монодисперсным распылом масса m и заряд q одной сферической частицы

m ;. q

III

N

(I В - I)-m

где Q - массовый расход распыляемой жидкости; R - радиус частицы; - плот- 25

ность жидкости;

m

количество

частиц, пролетающих за время t через поперечное сечение S рабочего участка 9.

В случае полидисперсного аэрозоля по известной функции распределения аэрозольных частиц по размерам, расходу жидкости О, току 1 определяются средние масса и заряд одной частицы. Заряд частиц можно определить также аспирационным способом.

Микроамперметрами 13 измеряются токи осаждения текущие на каждый i-й электрический зонд 12, разме- щенный на поверхности препятствия 11. Микроамперметром 4 измеряется суммарный ток осаждения I, обусловленный оса}вдением заряженных частиц аэрозоля Измеряется площадь W проекции препят- стия 11 на плоскость, пар аллельнук плоскости поперечного сечения рабочего участка 9 аэродинамической трубы.

Количество аэрозольных частиц, осевших на препятствие за время t,

I-it определяется как п .

Количество аэрозольных частиц, осевших бы на поверхность препятствия, если бы линии тока не отклонялись препятствием, определяется как

1

qS

I,W

Вычисляются местные коэффициенты захвата

IjiS

Е

где

W. I.W,

площадь проекции i-ro участ-, ка препятствия.

15

20

5

30

5

0 З

0

5

Определяются зоны захвата из усло-i ВИЯ I,; О и по известной схеме расположения каждого электрического зонда 12 на поверхности препятствия.

При использовании в качестве измерителей тока микроамперметров 13 и 14 по известным площадям проекций препятствия и поперечного сечения аэрозольного потока шкалы микроамперметров непосредственно градуируются в значениях коэффициента захвата. При этом одновременно измеряются местные и общие коэффициенты захвата, для чего измеренные микроамперметрами 13 токи осаждения от каждого из электрических зондов 12 подаются на общий измеритель тока (микроамперметр 14).

Измерение токов, а следовательно, коэффициента и зоны захвата производится в процессе изменения факторов аэрозольного потока и геометрии исследуемого препятствия 11, Точность измерения определяется размерами зондов и точностью амперметров и практически не меняется при появлении на поверхности препятствия пленки жидкости. Это подтверждается результатами эксперимента (фиг. 4) по определению степени перетекания заряда на соседние зонды при падении единичной заряженной капли на центр 1-го зонда, если все зонды покрыты пленкой дистиллированной воды толщиной 2-10 м. Исследовались электрические зонды 12 шириной 10-10 м с диэлектрической перемычкой между ними -10 м. По оси абсцисс графика отложены номера электрических зондов 12, по оси ординат - отношения токов, текущих на i-e зонды, к току, переносимому заряженным аэрозольным потоком. Видно, что утечки токов на соседние электрические зонды 12 не превышают 5%. .В общем случае утечки токов зависят от объемной проводимости жидкости.

PJa фиг. 5 представлены результаты определения коэффициентов и зоны захвата при изучении взаимодействия осесимметричной двухфазной струи,, истекающей из сверхзвукового сопла распыляющей форсунки 3 генератора 4 аэрозоля и распространяющейся вдоль плоской металлической поверхности исследуемого препятствия 11. Распы- ляющая форсунка 3 устанавливается на расстоянии 0,015 м от поверхности исследуемого препятствия 11. Расход распыляемой жидкости Q составляет 0,003 кг/с, степень нерасчетности сверхзвукового сопла 0 1,6 При токе переноса 1 4:10 А ток осаждения 1 на пластину составляет 22-10 А

Ось абсцисс графика совмещена с поверхностью пластины и совпадает по направлению с осью аэрозольного потока. Ось ординат также совпадает с поверхностью пластины. Расстояние по осям отсчитывается от выходного сече- ПИЯ распыляющей форсунки генератора аэрозоля. На графике сплошными линиями показаны зоны с одинаковыми значениями коэффициентов захватаj а зоны захвата заштрихованы. При построении графика учтена симметрия картины рас- пределения коэффициентов и зоны захва та относительно оси струи.

Использование предлагаемого спосо- ба определения и коэффициента по сравнению с существзлощими 1-5меет ряд преимуществ, связанных с возможностью измерений в процессе изменения факторов аэрозольного потока, геометрии и пространственного положения исследуемго препятствия. Увеличение скорости обработки экспериментальных данных позволяет в этом случае определять мгновенные значения Е и положение зоны захвата на поверхности прегштст- вия. Кроме того, предлагаемый способ позволяет прюводить одновременные измерения как общих (интегральных), а так и местных (локальных) коэффициентов захвата с достаточно высокой степенью точности благодаря при енению точных измерителей тока и возможности изготовления и установки-на поверхности препятствий малоразмерных поверхностных электрических зондов,

Использование в предлагаемом устройстве индукционного метода заряже ния аэрозоли обусловлено простотой переоборудования сзпцествукяцих аэрозолных аэродинамических труб и возмож

5

0

;

, 5 ,р

35

40

ностью применения в генераторах заряженной аэрозоли различных типов распыляющих форсунок. При этом в качестве высоковольтного электрода используется элемент конструкции аэродинамической трубы - сетка 6, служащая для устранения неравномерности распределения скорости воздушного потока в форкаме- ре аэродинамической трубы.

Формула изобретения

хвата по формуле Е.

1гЗ

а зону

I,W захвата из условия I.O.

2, Устройство для определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствия, содержащее аэродинамическую трубу с последовательно размещенными в ее фор- камере генератором аэрозоля и детур- булизирующей сеткой, а также пробоотборник для измерения дисперсности аэрозоля и препятствия, установленные в рабочем участке трубы за детурбо- лизирзпощей сеткой, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности и скорости определения зоны и коэффициента захвата, генераРцспыАяемаяжидкость

Ж 5

п

Фие.2

Фи.1

Фие.З

Q

f I I

,Составитель M, Рогачев Редактор Н. Лазаренко Техред Л.Олийнык Ко| ректор М, Максимншянец

Заказ 6749/44

Тираж 789

ВНШШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подпясное