Способ измерения скорости и турбулентности потока жидкости Советский патент 1975 года по МПК G01P5/20 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследовании полей скорости и характеристик турбулентности потока жидкости.

Известны способы измерения скорости .и турбулентности потока жидкости, основанные на создании оптически наблюдаемых меток, пузырьками таза и регистрации их движения.

Недостатком этого способа являются невысокая точность, небольшое время существования меток и ограниченный диапазон измеряемых скоростей, связанные с всплыванием II растворением мелких газовых пузырьков.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что пузырьки газа диаметром 0,04- 0,126 см создают в нижней части исследуемого объема жидкости.

Это позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений в среде с градиентом плотности по высоте.

Вертикально всплываюш.ие мелкие газовые пузырьки, следуюш,ие поодиночке или с заданной частотой вследствие эффекта увеличения переносят жидкость из одного слоя на другой. Плотностная метка - спутный гидродинамический след за всплываюш.им газовым пузырьком - тонкая «нить жидкости, в которой значение плотности и коэффициента преломления отличается от их значения на далшом уровне в окружающей среде. Измеряя

с помощью теневого прибора положение метки в различные моменты времени после ее образования находят распределение горизонтальной компоненты скорости течения в исследуемом сечении потока.

Основным достоинством плотностной метки является большое время жизни. В данном случае время существования плотностной метки, образуемой спутной струей более тяжелой жидкости, возникающей за всплывающим пузырьком газа, более чем на порядок больше времени существования тепловой метки при одинаковых способах из регистрации и составляет при теплеровской регистрации 25-35 с.

Другим достоинством оптической метки, создаваемой спутной струей за всплывающим газовым пузырьком, является ее высокая контрастность по сравнению с другими типами оптических меток, что позволяет использовать для ее регистрации ряд оптических методов: теневой, теплеровский, интерферометрический и применять различные способы ее регистрации - фотографический или фотоэлектрический.

Для повышения точности измерений необходимо, чтобы в спокойной жидкости пузырек двигался равномерно и прямолинейно, что выполняется, если число Рейнольдса R, определенное по радиусу г и скорости всплывания

пузырька V не превышает 220. R 2 vr/v, , где v - кинематическая вязкость. Таким образом, оптимальный приведенный диаметр пузырька 0,,126 см, скорость его всплывания ,4 (см/с).

Диаметр метки составляет около 0,8 диаметра образующего метку пузырька и не изменяется заметно со временем, что повышает точность определения ее центра при теневой регистрации. При регистрации движения метки одновременно с ее созданием в каждый момент времени известно положение образующего метку всплывающего газового пузырька, поэтому с ее помощью можно проводить измерения скорости и турбулентности в потоках со сдвигом.

Регистрируя размер и форму метки с помощью теневой или теплеровской системы фотоаппаратом при стробоскопическом или непрерывном освещении или кинокамерой, измеряют скорость и турбулентность в заданном месте, а применяя несколько меток можно измерить характеристики полей скорости и турбулентности. Ввиду длительного времени жизни, высокой контрастности и неизменности диаметра метки оказывается возможным регистрировать скорость жидкости свыше 10-2 см/с с погрешностью порядка 1%.

Формула изобретения

Способ измерения скорости и турбулентности потока жидкости, основанный на создании оптически наблюдаемых меток пузырьками газа и регистрации их движения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений в среде с градиентом плотности по высоте, пузырьки газа диаметром 0,04-0,126 см создают в нижней части исследуемого объема жидкости.

Приоритет исчислять с 16.05.73.