Устройство для создания жидкостной стратификации в экспериментальном лотке Советский патент 1992 года по МПК G01N21/03 

(21)4858017/26

(22) 06.08.90

(46) 15.11.92. Бюл. №42

(71)Институт гидромеханики АН УССР и Специальное конструкторское и технологическое бюро Института гидромеханики АН УССР

(72)В.И.Никишов, В.В.Олексюк и А.Г.Сте- ценко

(56) Авторское свидетельство СССР № 1317332, кл. G 01 N 21/03, 1985.

Stockhausen P.I., Clark C.B., Kennedy i.F. Three - dlmenscona mentum - less works in densily-stratifled llgnids Hydrodinamlcs Laboratory, Mass. Inst. Technol. Tech. Rep. № 93,1966.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЖИДКОСТНОЙ СТРАТИФИКАЦИИ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ЛОТКЕ (57) Использование: в лабораторном оборудовании, предназначено для проведения гидрофизических исследований процессов, происходящих в стратифицированной жидкости. Сущность: устройство, содержащее плавучую платформу, на верхней плоскости которой расположен фильтр, снабжено промежуточными резервуарами, расположенными по краям платформы, бачком, установленным на платформе и соединенным посредством трубопроводов с промежуточными резервуарами. Указанные трубопроводы снабжены кранами, три стенки и дно каждого из промежуточных резервуаров выполнены водонепроницаемыми, а четвертая - из водопроницаемого материала и представляет собой фильтр. 2 ил.

(Л

С

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для проведения гидрофизических исследований процессов, происходящих в стратифицированной жидкости.

Известно устройство - кювета для гидрофизических исследований на границе раздела двух жидкостей, содержащая корпус, разделенный на две камеры выдвижной перегородкой, установленной на герметизирующих направляющих и сообщающейся со сквозным пазом, выполненным на одной из стенок корпуса, причем выдвижная перегородка выполнена в виде двух жестких пластин и единой гибкой оболочки, охватывающей обе пластины с образованием петли между ними,

а концы оболочки закреплены на стенке корпуса снаружи по обе стороны сквозного паза, причем общая длина гибкой оболочки превышает четыре длины жестких пластин, при этом петля выступает из сквозного паза снаружи корпуса кюветы.

Основным недостатком указанного устройства является то, что оно не позволяет получить резкий раздел границы между жидкостями при выдвижении перегородки из-за неустойчивости движения свободного конца гибкой оболочки, что активно разрушает границу между жидкостями, способствуя ее размытию.

Кроме того, использование данного устройства на больших лотках, изготовлявXI

х| сл о

N СЛ

мых, как правило, из металла, вызывает серьезные трудности при создании стратификации. В первую очередь технически трудновыполнимо создание широких щелей, их гидроизоляция и уплотнение для нормальной работы по маневрированию гибкой оболочкой при проведении эксперимента. Также технически трудно осуществить равномерное протягивание гибкой оболочки сквозь широкую щель малой высоты, избежав при этом перекосов и замина- ний оболочки. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для создания слоистой жидкостной стратификации, содержащее плавучую платформу, на верхней части которой расположен фильтр.

Для создания резкого раздела -между двумя жидкостями применялась платформа, выполненная в виде квадратного листа фанеры толщиной 1/4 дюйма, плавающего на соленой воде в центре бассейна и защищенного от горизонтальных перемещений. В качестве фильтра применялся волокнистый материал, помещенный на верхнюю часть плавающей фанерной платформы. Вода сверху проходила через волокнистый материал, который действует как диссипатор энергии, на плавающей доске со скоростью около 16 футов кубических в час до тех пор, пока бассейн не наполнится до необходимой высоты. Затем доска и диссипатор энергии удалялись. При использовании данного устройства получалась толщина раздела между жидкостями с различными р порядка четырех дюймов.

Недостатком указанного устройства является то, что оно не позволяет получить более тонкую и резкую границу раздела двух жидкостей. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, частицы воды, переливаясь через верхние ребра листа фанеры, приобретают вертикальную составляющую скорости, что вызывает перемешивание. Во-вторых, частицы жидкости, вытекающие через боковые стороны и сталкивающиеся со стенками лотка, также приобретают вертикальную составляющую скорости, в результате чего образуется перемешивание жидкости, что разрушает гоаницу раздела двух жидкостей. Указанные недостатки снижают качество исследований стратификационных характеристик исследуемой жидкости.

Целью предлагаемого технического решения является повышение качества исследований стратификационных характеристик исследуемой жидкости путем уменьшения зоны перемешивания двух жидкостей. Поставленная цель достигается тем, что

устройство для создания слоистой стратификации в экспериментальном лотке, содержащем плавучую платформу, на верхней плоскости которой располагается фильтр,

снабжено двумя промежуточными резервуарами, расположенными по краям платформы, бачком, установленным на платформе и соединенным посредством трубопроводов с промежуточными резервуарами,при этом

указанные трубопроводы снабжены кранами, а три стенки и дно каждого из промежу- точных резервуаров выполнены водонепроницаемыми, а четвертая стенка - из водопроницаемого материала и представляет собой фильтр.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием промежуточных резервуаров, расположенных по краям платформы, бачка, установленного на

платформе и соединенного посредством трубопроводов с промежуточными резервуарами. Указанные трубопроводы снабжены кранами, а три стенки и дно каждого из промежуточных резервуаров выполнены водонепроницаемыми, а четвертая стенка выполнена из водопроницаемого материала и представляет собой фильтр.

На фиг. 1 показано устройство, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Устройство для создания слоистой жидкостной стратификации в экспериментальном лотке содержит плавучую платформу - 1, на которой по краям расположены промежуточные резервуары - 2, стенки 3, 4 и дно

каждого из них выполнены водонепроницаемыми, а стенка 5 изготовлена из проницаемого материала, например из войлока и представляет собой фильтр. На платформе также установлен бачок 6 с жидкостью с pi,

соединенный посредством трубопроводов 7 с промежуточными резервуарами 2. Для оперативной регулировки скорости расхода при создании многослойной стратифицированной жидкости с различными р на трубопроводах установлены краны 8. Устройство устанавливается наплаву в лотке 9.

Устройство работает следующим образом.

После того, как в лоток налита вода с/си до необходимого уровня, на поверхность воды устанавливается заявляемое устройство примерно посередине лотка. В бачок 6 непрерывно наливается жидкость с

рг со скоростью расхода равной необходимой скорости наполнения лотка жидкостью с pi. Скорость истечения жидкости из бачка 6 по трубопроводам 7 через

стенки 5 в промежуточные резервуары регулируется кранами 8, тем самым поддерживается стабильно уровень воды в бачке б, что гарантирует неизменность плавучести платформы в целом при наливе жидкости с pi. Истечение воды из промежуточных резервуаров 3 происходит через стенки- фильтры 2, которые непосредственно контактируют с жидкостью в лотке. Микроструйки воды, прошедшие через фильтр 2 за счеттого, что верхняя плоскость платформы 1 находится на уровне воды не имеет вертикальной составляющей скорости и поэтому вода с/Э2,не перемешиваясь с водой cpiрастекается по ее поверхности, создавая резкую границу разделения (). Ограничиваю щие стенки 4 не позволяют воде cpz течь в направлении боковых стенок лотка, препятствуя дополнительному перемешиванию.

Использование заявляемого технического решения по сравнению с существую щими позволяет уменьшить зону

|-

-

4мг.{

перемешивания жидкости с различными плотностями, и улучшить качество исследования стратификационных характеристик исследуемой жидкости.

Формула изобретения 5Устройство для создания жидкостной

стратификации в экспериментальном лотке, содержащее плавучую платформу и фильтрующий материал, отличающееся тем, что, с целью повышения качества исследо- 10 ваний за счет уменьшения зоны перемешивания жидкостей, оно дополнительно содержит основной и промежуточный резервуары, установленные в центре и на краях платформы по осям ее симметрии, три

15 стенки и дно каждого из промежуточных резервуаров выполнены из водонепроницаемого материала, а торцевая внешняя стенка - из фильтрующего материала, основной резервуар сообщен посредством трубопро20 водов с установленными на них кранами с промежуточными резервуарами.

9

to

u

Crf

CJ

c.

e