Способ определения параметров процесса смешения в потоке жидкости Советский патент 1990 года по МПК G06F17/27 G06F7/02 

1

(21)4453253/24-10

(22)30.06.88

(46) 30.04.90. Бюл. Е- 16

(/1) Институт проблем механики АН

СССР

(72) В.Н.Юречко и П.В.Мартынов

(53)532.574 (088.8) (56)Автог ское свидетельство СССР Nte 1285376, кл. G 01 Р 5/18, 1985.

(54)СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СМЕШЕНИЯ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ

(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовачо для определения параметров смешения потоков жидкости. Целью изобретения является повышение информативности способа за счет определения параметров процесса смешения одновременно во всем исследуемом сечении потока. В кювете создают несколько слоев жидкости с разной концентрацией Фотохромного вещества (ФХВ) или на входе канала подают несколько потоков с разной концентрацией ФХВ. 06лучают импульсным бютоиндуцирующим лучом исрледуемое сечение потока. Затем через - с облучают то же сечение потока импульсным дезактивирующим лазерным лучом. Причем ширину дезактивирующего лазерного луча выбирают больше ширины индуцирующего лазерного луча, а длительности импульсов выбирают равными. Отношение интенсивностей 1ОВ/10 дезактивирующего и Аотоиндуцируюцего лазерных лучей задают из соотношения

т /т 1 exp(-KJi) ., ... Wlo - (Ь) Где К К коэффициенты поглощения Фотоиндуци- рующего и дезактивирующего лазерных лучей, ah- ширина исследуемого сечения. В потоке жидкости возникают области с разной интенсивностью окраски. Регистрация перемещения полученных цветовых меток позволяет определить время перемешивания, области интенсивного перемешивания и застойные зоны.

I

(Л

л

У)

& Јь

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения параметров смешения потоков жидкости. Целью изобретения является повышение информативности способа за счет определения параметров процесса смешения одновременно во всем исследуемом сечении потока. В кювете создают несколько слоев жидкости с разной концентрацией фотохромного вещества (ФХВ) или на входе канала подают несколько потоков с разной концентрацией ФХВ. Облучают импульсным фотоиндуцирующим лучом исследуемое сечение потока. Затем через 10^-12-10^-6 с облучают тоже сечение потока импульсным дезективирующим лазерным лучом. Причем ширину дезактивирующего лазерного луча выбирают больше ширины индуцирующего лазерного луча, а длительности импульсов выбирают равными. Отношение интенсивностей J_об/J_о дезактивирующего и фотоиндуцирующего лазерных лучей задают из соотношения J_об/J_о=1-EXP(-K₁H)/1-EXP(-K₂H), где K₁, K₂ - коэффициенты поглощения фотоиндуцирующего и дезактивирующего лазерных лучей, а H - ширина исследуемого сечения. В потоке жидкости возникают области с разной интенсивностью окраски. Регистрация перемещения полученных цветовых меток позволяет определить время перемешивания, области интенсивного перемешивания и застойные зоны.

Йзобретёниб относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования процессов перемешивания в жидкости.

Целью изобретения является повышение информативности способа за счет определения параметров процесса смешения одновременно во всем исследуемом сечении потока.

Способ осуществляют следующим образом.

В кювете создают несколько слоев жидкости с разной концентрацией сЬото- хромного вещества (ФХВ) или на входе канала подают несколько потоков с разной концентрацией ФХВ. Включают лазер, который создает лазерный луч, вызывающий Фотохимические реакции в жидкости. Луч проходит через кварцевую цилиндрическую линзу и далее входит в жидкость, окрашивая все иссле- дуемое поперечное сечение. Через

10

- П.

- с второй лазер подает

луч дезактивирующего излучения на цилиндрическую линзу и далее излучение проходит через исследуемое поперечно сечение.

В потоке жидкости возникают области с разной интенсивностью окраски. Регистрация перемещения цветовых меток позволяет определить время перемешивания, области и их размеры интенсивного процесса перемешивания и, наоборот, застойные зоны.

Пример 1. В кювете шириной 25 см и длиной 30 см, внутри которой находится сбера, создают 3 слоя с концентрацией ФХВ в верхнем слое

л-Э

моль/л, в среднем 5

4

10

-4моль

/л

10

и в нижнем 10 моль/л. В качестве ,ФХВ выбраны инцолиновые спиропираны, |к боковым поверхностям кюветы приложены пластины с разными величинами (температур. Из-за градиента темпера- |тур в кювете разрываются циркуляционные течения, приводящие к перемешиванию слоев. Лазерным лучом с длиной волны 347 им через цилиндрическую линзу обрабатывают поток жидкости. При этом лазерные лучи проходят через все исследуемое сечение потока, ориентированное перпендикулярно от оптической системы регистрации на расстоянии от одного края кюветы 12 см и другого соответственно 12 см и ширине метки 1 см. Через с данное сечение подвергают обработке дезактивирующего лазерного излучения, интенсивность которого меньше, чем интенсивность фотоиндуцирующего излучения, с длиной волны 530 нм. Изменение перемещения цветовых меток фиксируется с помощью скоростной камеры. По перемещению цветовых меток и изменению их интенсивности опрецеля ют области интенсивного перемешивания и области, в которых перемешивание протекает крайне медленно. Так как ширина лазерного дезактивирующего луча вдоль оптической оси системы регистрации превосходит ширину лазерного йютоиндуцирующего луча, то через всю цветовую метку (вся цветовая метка будет охвачена) пройдет дезактивирующее лазерное излучение. Кроме того, распределение энергии лазерного излучения по ширине луча вдоль оптической оси системы регистрации следует создавать одинаковым.

е

1561044

Пример 2. Способ осуществляется так же, как в примере 1, только отношение интенсивности фотоиндуцн-

рующего излучения I. к дезактиви

рующему 1ОВ поддерживают равным: (1 - exp(-Kah) / 1 - - exp(-FMh) ,

V1.

где 1C,, KЈ - коэййициенты поглощения жидкостью фотоиндуцирую- щего и дезактивирующего излучения; ширина сечения жидкости,

h

20

25

30 45 а времена воздействия излучения на скорость обоих излучений выбирают равными длительности импульса. При этом степень воздействия лазерного излучения на любую точку сечения одинаковое. Так при прохождении лазерного излучения происходит его поглощение по закону Ламберта-Бэра, т.е. интенсивность проходящего фотоинду- цирующего и дезактивирующего света спадает по следующим завивимостям:

I,

Iо ехр -К, x);

Ti Ioe

Для того, чтобы интенсивность индуцирующего света в обратном сечении была одинаковой, в каждой точке сечения необходимо, чтобы интенсивность обработки, которая является разностью прошедшего через данную точку фотоиндуцируюшего и дезактивирующего света, в начальной точке вхождения света и в конечной точке сечения была одинаковой, т.е.

06

I0 expC-K h) - - IaR exp(-K.h).

об

Отсюда

In /I

OB

1 - exp(-Kzh) / l - - exp(-K,h).

При этом интенсивность цветовых меток будет одинаковая п каждой точке сечения и искажения результатов из- за обработки результатов сводятся к нулю.

р 3. Способ осуществля ;, как и в примере 1, тольПримеется так же

ко после дезактивирующего облучения, охватывающего все поперечное сечение в узкой части данного сечения, пронизывающую всю ширину сечения подвергают дополнительной обработке йо- тоиндуцнрующего излучения, при этом интенсивность дополнительного бото- ,индуцирующего излучения превосходит в 1,7 раза интенсивность первоначального фотоиндуцирующего излучения. Та как интенсивность получившейся метки блее яркая, то данная метка на фоне более бледных меток видна отчетливо, кроме того, данная метка имеет некоторое утолщение в месте входа лазерного луча, что также позволяет выделить ее из других меток. По перемещению данной метки определяют поле скоростей жидкости л исследуемом сечении.

Для того, чтобы метка была отчетливо видна, необходимо, чтобы интен- сивность дополнительного фотоиндуцирующего излучения превосходила интенсивность первоначального Аотоинду- цирующего излучения в 1,5-2 раза, а концентрация спиропирана находилась в диапазоне 10 ff - 1СГЭ г/л. Коэффициенты К(, К Ј для йютохромных жидкостей, п которых растворены индоли- новые спиропираны с концентрацией - Ю-4 г/л, равны К 0,21 /см,

Ка 0,12 VCM.

Таким образом, в способе удается измерить параметры процесса смешения в выбранном сечении, при этом слои жидкости как находящиеся близко к системе регистрации, так и дальше от системы регистрации, чем исследуемое сечение, не вносят искажений в полученные результаты. Кроме того, одновременно с параметрами смешения удается измерить и поле скоростей.

Формула изобретения

Способ определения параметров процесса смешения в потоке жидкости, за

ключающийся в создании в жидкой срет |де слоев с разной концентрацией хромного вещества, воздействии на исследуемое сечение потока жидкости импульсным лазерным фотоиндуцируюгаим излучением и йютокннопегистрации интенсивности и перемещения получаемых цветовых меток, по которым судят

об исследуемых параметрах потока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и инАорма- тивности, после воздействия на исследуемое -сечение потока жидкости импудьсным лазерным Фотоиндуцирующим излучением на то же сечение потока, в1 том же направлении воздействуют импульсным лазерным дезактивирующим излучением, при этом ширина лазерного

дезактивирующего луча больше ширины лазерного фотоиндуцирующего луча, отношение интенсивностей дезактивирующего и Лотоиндуцирующего лазерных излучений задают из соотношения

1о6 1 1 ёхЕ 1кл1}) 10 1 - ехр(-К2п)

где 1ОБ, 10 - интенсивности дезактивирующего и Аотоиндуци- рующего лазерных излучений соответственно; К,,, К2 - коэффициенты поглощения фотоиндуцирующего и дезактивирующего лазерных излучений соответственно;h - ширина исследуемого

сечения потока жидкости,

а времена воздействия излучений на поток жидкости выбирают равными, причем после облучения потока импульсным лазерным дезактивирующим излучением на исследуемое сечение потока воздействуют дополнительно лазерным локализованным (Ьотоиндуцирующим излучением и по полученной в виде узкой полосы цветовой метке определяют профиль скорости в исследуемом сечении потока.