Способ изменения гидравлического сопротивления канала Советский патент 1993 года по МПК F15C1/04 

Изобретение относится к гидроавтоматике.

Известный способ изменения гидравли- чесЗкого сопротивления канала основан на введении в жидкость потока газа с формированием акустических колебаний переменно амплитуды и фокусировки их внутри карала акустическим концентратором.

Недостаток этого способа состоит в ог- ра()|иченной степени изменения гидравлического сопротивления канала из-за низкой концентрации пузырьков в акустической зоне л малого их радиуса при расширении.

Цель изобретения - расширение диапазона изменения гидравлического сопротивления.

Эта цель достигается тем. что в способе, состоящем во введении в жидкость потока газа с формированием акустических колебании переменной амплитуды и фокусировке их внутри канала акустическим концентратором согласно изобретению частота формирования ультразвуковых колебаний выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия:

тм/0,. где гм - время захлопывания пузырька;

Т - период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области.

Предлагаемое изобретение отличается тем, что частота акустических колебаний выбирается из условия обеспечения резонансных колебаний пузырьков с радиусом Re. a амплитуда акустических колебаний из условия гм /0,.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

При распространении ультразвуковых волн в жидкости с пузырьками газа происходит периодическое увеличение и уменьшение их объема. Это приводит к

ел С

vi ю ел

(Ј

уменьшению приведенной плотности жидкости в акустической зоне за период колебаний и, как следствие, к изменению расхода через эту область. Приведенная плотность жидкости определяется из выражения

РРо

1 + b R I (Rm/Ro)3 -

где Rm - максимальный радиус пузырьков; . ро - плотность идеальной жидкости;

b 4/37rNp0 ;

N - концентрация пузырьков.Р

Уменьшение р, а следовательно и расхода жидкости, достигается путем увеличения Rm, а также N.. В свою очередь Rm и N являются функциями амплитуды и частоты акустических колебаний.. .::

Поскольку пузырек газа в акустическом поле является колебательной системой, при одной и той же амплитуде акустических колебаний, радиус пузырька будет зависеть от частоты. Из анализа частотной характеристики для пузырька. °

Rm

Rm Kn (R. ftQ/3

(2 a/R - 41 щ со) кп (R, й)/з

iгде R - средний радиус пузырька;

Kn(R, ft) - сжимаемость пузырька; р- плотность пара; О- коэффициент поверхностного натя- 35 жения; -...

со, Рт - частота колебаний, амплитуда следует, что Rm имеет максимальное значение при со У0.

Исследования зависимости N от ампли- 40 туды акустических колебаний Ра показали, что при выполнении соотношения.

гм/0.. (2) где Гм - время заклепывания пузырька;

Т - период акустических колебаний в 45 акустической кавитационной области, концентрация пузырьков максимальна и превышает начальную концентрацию более чем на порядок.

На фиг.1 представлена зависимость 50 концентрации пузырьков от питающего излучатель напряжения.

Таким образом, возбуждение. пузырьков акустическими колебаниями, частота ко- торых равна резонансной частоте пузырька 55 с радиусом RO, и амплитудой, определяемой из условия (2), обеспечивает максимальные величины значений Rm и N, а следовательно и максимальное изменение величины р.

10

15

20

25

30

35

40

45

50 55

Так, например, для пузырька радиусом -10 м при резонансной частоте Rm/Ro 23, а вдали от резонанса Rm/Ro 5. Далее, для этого же радиуса R0 из графика фиг.1 для N/VK имеем:

- при выполнении условия гм /0, -10 бсм 3;

- при уменьшении или увеличении амплитуды акустических колебаний N/VK резко уменьшается и составляет

. -10 6см 3

Способ осуществляется следующим образом: в жидкость вводится поток газа, из которого образуются пузырьки с радиусом RO. Одновременно в жидкости концентратором формируются ультразвуковая кавитаци- онная область с амплитудой колебаний, определяемой из условия гм /0,, и час- тотой,равной резонансной частоте первичных пузырьков с радиусом R0; в ультразвуковой кавитационной области происходит уменьшение плотности жидкости, а следовательно и ее расхода.

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представленного на фиг.2. Оно содержит канал переменного сечения 1, соосно размещенный вокруг канала в плоскости минимального сечения сферической твердотельный концентратор 2, согласующую линзу 3, установленную в фокальной области 4 концентратора 2, установленный на внешней поверхности концентратора 2 сферический пьезоэлектрический излучатель 5, канал подачи 6 с отверстиями для генерирования пузырьков 7.

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковые колебания, частота которых равна резонансной частоте для пузырьков с радиусом RO и амплитудой, определенной из условия тм /0,, возбуждаются в пьезоэлектрическом излучателе 5 колебаниями электрического .напряжения. Ультразвуковая волна фокусируется концентратором 2 в плоскости минимального сечения канала 1 в фокальной области 4. Акустическое согласование концентратора с каналом 1 в плоскости минимального сечения производится с помощью согласующей линзы 3. Жидкость протекает по каналу 1 через фокальную область 4 концентратора 2, а газ - через канал б, отверстия 7, фокальную область 4 концентратора 2.

В фокальной области происходит возбуждение пузырьков акустическими колебаниями на резонансной частоте. Наличие в фокальной области пульсирующих пузырьков приводит к уменьшению интегральной плотности жидкости, что приводит к изменению расхода, а следовательно к расширению диапазона изменения гидравлического сопротивления.

Ниже приводятся конкретные примеры осуществления заявляемого способа.

В табл.1 и 2 приведены характеристики амплитуды акустических колебаний и характеристики колебаний кавитационных пу- зьфьков в воде при атмосферном давлении, гд0:

f - частота акустических колебаний;

fo - резонансная частота колебаний пу- зьфьков с радиусом R0;

0,5Т-полупериод акустических колебаний;

Гм - время захлопывания пузырька;

N/VK - концентрация пузырьков в кави- таЦионной области;

N - количество пузырьков;

Vie-объем кавитационной области;

Rm - максимальный радиус пузырьков;

Рт - амплитуда акустических колебэ- ний.

Из анализа таблицы 1 следует, что максимальный радиус пузырьков зависит от частоты колебаний. При резонансной частоте он максимальный,

Из таблицы 2 следует, что при тт 0,5Т концентрация пузырьков в акустической области минимальна.

Следовательно, выбор частоты f из условия резонансных колебаний пузырый ради- уса RO и амплитуды Рт из условия гт 0,5Т обеспечивает наибольшее изменение плотности жидкости, а следовательно и ее расхода..

Изобретение относится к гидроавтома- тире и может быть использовано при разработке быстродействующих электро- гиАравлических преобразователей. .Цель изобретения - расширение диапазона изменения гидравлического сопротивления канала - достигается тем, что частота формирования ультразвуковых колебаний излучателя выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия: гм/0,, где гм-время захлопывания пузырька; Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области. 2 табл., 2 ил.

Ф о р м у л а иi з о б р е т е н и я Способ изменения гидравлического со- пр| тивления канала путем введения в жид- корть потока газа с формированием .акустических колебаний переменной амп- ли--уды и фокусировки их внутри канала с помощью акустического концентратора, о т- лйчающийся тем, что, с целью расши-- рения диапазона изменения гидравлического Сопротивления, частота формирования

ультразвуковых колебаний выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия:

тм/0,, где гм - время захлопывания пузырька;

Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области,

Таблица 1

i----г 24

аэт

Таблица 2

V#-o§b0flt к&6цл О14иомои оёласти

Т

Фиг.2