Устройство для отработки и исследований тепловых и гидродинамических процессов в условиях малых и переменных массовых сил в криогенной жидкости Советский патент 1993 года по МПК F17C3/00 G01N33/00 

Изобретение относится к технике физического эксперимента и предназначено для исследования тепловых и газодинамических процессов, происходящих в условиях малой силы тяжести, преимущественно на двухфазной криогенной жидкости.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, а именно обеспечение га- рантированной подачи однофазной жидкости в течение эксперимента с требуемыми теплофизическими и расходными параметрами в исследуемый объект и упрощения технологии проведения эксперимента.

Схема устройства представлена на фиг. 1; на фиг. 2 - узел I на фиг, 1.

Устройство содержит криогенную емкость 1, внутрь которой помещен стакан 2, в котором расположен сильфон 3. Верхняя часть сильфона заужена и представляет собой тупиковый трубопровод, на котором ус- тановлен скользящий контакт 4 для замыкания цепи реостата 5. По изменению сопротивления определяется ход сильфона 3 и расход жидкости к исследуемому объекту. Внутрь сильфона 3 установлена труба 6, свободный конец которой находится в тупиковом трубопроводе. Труба 6 сообщена через нижнее основание сильфона 3 и стакана 2 с системой дренажа из сильфона 7,8. Полость сильфона 3 соединена с полостью емкости 1 системой заправки 9,10, проходя00

го сл о со

щей через нижнее основание сильфона 3, В зазор между стаканом 2 и сильфоном 3 выведена система подачи и дренажа 11, 12. 13, К емкости 1 подведены системы заправки и слива 14, 15 и 9, 10, 8, а также дренажа 16, 17, Из нижнего основания системы сильфоиа 3 выведен клапан 18 и трубопровод с разъемом 19 для обеспечения подачи жидкости к исследуемому объекту. В трубопроводе установлен датчик температуры 20.

Устройство работает следующим образом.

Через систему заправки 14, 15 емкость 1 захолаживается и заполняется криогенной жидкостью. Давление в емкости 1 устанавливается системой дренажа 16, 17. Затем через систему заправки сильфона 9, 10 в него поступает жидкость, а газ и прогретая жидкость дренируется с помощью трубки б через дренаж 7, 8. Затем в зазоре между сильфоном и стаканом 2 устанавливается на необходимом уровне система подачи и дренажа 11, 12, 13. При наступлении невесомости открывают клапан 18 и под действием избыточного давления в полости 2-3 жидкость выдавливается из сильфона 3 и через открытый клапан 18 и трубопровод 19 поступает в исследуемый объект. При этом расход жидкости регулируется путем включения реостата в управляющую систему наддува и дренажа 11,12,13 полости 2-3. После завершения режима невесомости давление в 2-3 сбрасывается через 12 и через трубопровод 10 и клапан 9 сильф он заполняется новой порцией жидкости и установка готова к новому эксперименту.

В системе подачи и дренажа 11, 12, 13 рабочего тела в зазор между стаканом 2 и сильфоном 3 может использоваться в качестве рабочего тела газ, который подается извне через клапан 13 по магистрали 11 и дренируется через клапан 12.

Система подачи и дренажа рабочего тела может в качестве рабочего тела использовать также криогенную жидкость, которая подается по мере необходимости из емкости 1 через клапан 23, магистраль 24 и дренируется через клапан 25. При этом в устройство вводятся дополнительно нагреватель 21 вдоль стенки стакана 2 и теплоизоляция 22.

В этом случае устройство функционирует следующим образом. Через клапан 23 в полость между сильфоном 3 и стаканом 2 поступает криогенная жидкость. После закрытия всех клапанов а этой полости включается нагреватель 21. Тепло, подводимое от нагревателя, испаряет жидкость и повышает давление в этом объеме. Далее все

операции повторяются так же, как изложено выше.

В устройстве управление системами и клапанами, а также регистрация тепловых и

расходных характеристик осуществляется автоматизированной системой регистрации и управления.

Гарантированная подача однофазной жидкости достигается тем. что сильфон пол0 ностыо заполнен криогенной жидкостью еще в условиях нормальной силы тяжести, он находится в окружении криогенной жидкости, что обеспечивает постоянство температуры всей конструкции, где находится

5 предназначенная для эксперимента жидкость, и отсечены все внешние теплоприто- ки к ней. Расход жидкости из сильфонз во время эксперимента регистрируется с большой точностью перемещения контакта, за0 крепленного на тупиковом трубопроводе вдоль реостата, при этом различная степень заполнения сильфона соответствует различному сопротивлению в цепи. Все эти усовершенствования существенно увеличивают

5 надежность подачи заданных параметров жидкости при эксперименте, а также сокращают время подготовки к эксперименту,тем самым повышая технологичность подготовки эксперимента - позволяет увеличить чис0

ло экспериментов за полет летающей

лаборатории и тем самым снизить удельные затраты на эксперименты.

Применение устройства позволяет обеспечить гарантированную подачу жидко5 .сти с требуемыми теплофизическими параметрами, повысить точность расхода жидкости в испытуемый объект, а также упростить технологию проведения эксперимента. Существенно снизить затраты на

0 проведение экспериментов подобного ро- да.

Формула изобретения

1. Устройство для отработки и исследо5 ваний тепловых и гидродинамических процессов в условиях малых и переменных массовых сил в криогенной жидкости, содержащее криогенную емкость, сильфон, трубопроводы наддува, дренажа и заправ0 «и, отличающееся тем, что, с целью обеспечения гарантированной подачи однофазной жидкости в течение эксперимента с требуемымитеплофизическими и расходными параметрами в исследуемый объект и

5 упрощения технологии проведения эксперимента, оно снабжено реостатом, непроницаемым стаканом, расположенным в нижней части криогенной емкости, сильфон расположен внутри стакана с зазором относительно его стенок, верхняя часть

сильфона выполнена в виде тупикового трубопровода и имеет скользящий контакт, установленный снаружи и взаимодействующий с расположенным вдоль стакана реостатом, сильфон снабжен внутренней трубкой, один конец которой открыт и установлен внутри тупикового трубопровода с зазором, а другой конец закреплен на нижней стенке стакана и сообщен с трубопроводом дренажа, трубопровод заправки и дренажа подключен к пространству между сильфоном и стаканом, при этом емкость имеет размещенный в ней трубопропод под0

ачи в объект с разделительным клапаном и датчиком температуры.

2.Устройство прп. 1, отличающее- с я тем, ч го трубопровод подачи снабжен газовыми клапанами и емкостью со сжатым газом,

3.Устройство по п. 1, отличающее- с и тем, что трубопровод заправки и дренажа имеет клапаны и дополнительно подключен к криогенной емкости, при этом устройство снабжено нагревателем, расположенным вдоль верхней части стенки стакана, и стакан теплоизолирован снаружи.

Область применения: в технике физического эксперимента, для исследования тепловых и гидродинамических процессов, происходящих в условиях малой и переменной силы тяжести, преимущественно на двухфазной криогенной жидкости. Сущность изобретения: непроницаемый стакан помещают в криогенную емкость с последующим размещением в нем сильфонного обьема для подачи однофазной жидкости к испытуемому объекту. Все объемы - емкость, стакан, сильфон - оснащены дренаж- но-заправочными средствами, а также электрореостатом с контактом,перемещающимся по нему, системами управления и контроля с обратной связью. Устройство повышает вероятность подачи однофазной жидкости в исследуемый объем, точность выдачи количества жидкости, а также упрощает технологию эксперимента, снижая затраты на него. 2 з.п. ф-яы, 2 ил. сл с

К исследуемаму оЗъекту

Фиг.1

8 / Дренаж

tt

(Риг. г