Способ измерения среднего радиуса металлических капель в двухфазных потоках Советский патент 1980 года по МПК G01N15/02 

:. Изобретение относится к оптическим способам Измерения аэрозолей и может быть использовано для измерения среднего радиуса капель щелочных металлов и их концентрации в 2-х фазных потоках, а также для других металлов и веществ, коэффициент отраи ения которых близок к 1. ;/ Известен способ асимметрии инрикатрисы, основанный на том факте, что ийдикатриса рассеяния для частиц, меньших - т длины. волны падающего света ci ; безразмерный радиус частицы; Г); - радиус частицы; 1Л - дли на, волны падающего света) с увеличением размера частиц, теряет симметрию относительго плоскости, перпендикулярной падающему лучу, доля света, рассеянно го вперед, растет (Эффект МИ). Степень асимметрии в известных пределах может служить для определения размера капель в потоке газа (от Гц 1,2 10 м до 0,8 10 м) 1 . Для определения размеров больших частиц от 2 до 300 мк разработан метод, получивший название метод малых угпов. Этот способ основан на измерении углового распределения света, рассеянного внутри конуса малого угла вдоль направлетшя распределения Основного пучка света (вытянутая индикатриса рассеяния) 2. . Суммарная относительная погрешность метода малых углов 15%. Известен также способ измерения . среднего радиуса и концентрации водяных капель в 2-х фазных потоках по ослаблению света, в котором используется законбмерность ослабления света .в мутных средах С 3 J : J Joexp(-Ke)/ где интенсивность падающего луча света; 3 - интенсивность проходящего луча света; К - коэффициент ослабления света; 0 - длина проссвечиваемого участка. в общем случае К , р - коэффициент рассеивания света в среде; К -Коэффициент поглощения света средой. Коэффициент поглощения для воды в видимой области-длин волн света мал, поэтому в данном методе им пренебрегаю Коэффициент рассеяния Кр является функцией размера капель ( г ), длины волнь1 падающего света (Л ) и комплексного показателя преломления (т), формулу (1) можно представить в виде: ,ехр(-КдЛ-Г пС) Г - радиус частиц; п - концентрация частиц; К - фактор рассеивания для данной длины волны света при известном, в данном случае-К др„с KX ослабления, фактор рассеяния К при разных, э и m определяют из таблиц. . Йсцользуя длины волн света . Л . и получают систему двух уровней: . лг«П ..4- 1 . откуда КА , Таким образом, если в одной и точке двухфазной среды измерить ослабление света волнами длиной Л и АЗ. . то определив экспериментально Э Ди Jg /й из уравнения (4) монадо найти отношение J .Из соотношения р - получают Л-З.--o-wi- 27tr для 2-х длин волн р,- , и р„ -zr-j 1 . л v) Ад откуда для одНих и тех же размеров име- ем -gj 4 (5). л При известных Л и Л из выражения (5) получают соотношение Затем воспользовавшись зависимостью Кд (о) определяют ср. размер частиц в исследуемом объеме двухфазной среды. К ондёнтра цию полу1ают из уравнения. (2) и (3) при известном среднем радиусе чйстиц: enJo-enJКдТГгП

Данный способ ограничен размером просвечивания в пределах однократности рассеяния а,, ; 6 5,3i

Суммарная относительная погрешность метода не превыщает 15 - 18%. 71

2-Х фазного потока,, из которых можно получить массу металла в единицах объема 2-х фазного потока

т

oB Se-r

(9) 84 Наиболее существенным недостатком известного способа является неприменимость известного способа для измерения крупных частиц р 1, обладающих большим показателем поглощения света, т.е. для которых фак гор ослабления .выходит на асимптотическое значение, равное 2, так как система уравнения (2) и (3) переходит в одно уравнение, а также отсут твие расчетных таблиц для веществ с комплексным коэффициентом преломления, и применение монохромотического источни а света 2-х длин волн, предлагаемого изобретешя - измерение среднего размера капель с безразмерным радиусом р и коэффициентом отражения R, близким к единице. Для этого дополнительно измеряют массовый -расход капель и газа и, используя эти величины, определяют средний радиус частиц. В способе используют тот факт, что-для большинства металлов кривые фактора ослабления К (р) близки к кривой фактора ослабления абсолют- НО отражающих частиц, для которой харшстерно асимметрическое приближение Кд к значениям 2 для р 1. Критерием отражения к единице 1, который рассчитывается по формуле Френеля, является: К- |m-1ia (h-t)x2 ; (пчТ)(7) где п - показатель преломления; X - показатель поглощения; пп - комплексный показатель преломления. При м ер.Для калия ,О66- . 26,8 при А.,665 мк, П 0,999 так, что с большей точностью можно рассматривать частицы калия как абсолютно от- . Рожающие При так их комплексных коэффициентах преломления уравнения (2) и (З) превращаются в одно уравнение, так как Лх П ОДНИХ и тех же размеров частиц , ел -Кд:гсг пе (8) или гп. , так как Кд 2,; V..... Поэтому отп&даеТ необходимость использовать 2 длины волны, но возникает необходйг ость дополнительных экспери, ентапьных исходных данных. Тшсими даннь)ми являются расход газа и расход металла, поступающих на формирование где rn - масса металла в единиц ; N - массовый расход металл Q - объемный расход газа; объемный расход металл металла в единицах объ но выразить через размер часгац ке: ,П Г - средний радиус; п - концентрация частиц; плотность металла: Решая систему уравнений (8) определяют средний размер части единицах объёма enf -2т1гДпе, стгДпр Выражение n pjTs-r-подставляю срут вое уравнение системы,г - 5pm(r«3 Ф /рмула изобретения Способ измерения среднего радиуса металлических капель в двухфазных потоках по ослаблению проходящего через него монохром атаческ ото света, отличающийся тем, что, с целью измерения среднего размера капель с безразмерный радиусом р , 1 и коэффициентом отражения R , близким к единице, дополнительно измеряют массовый расход капель и газа, а расчег ведут по формуле Sm. Где tJ - интенсивность прошедшего света; т - янгенсивность падающего свега; ср- средний радиус частиц; И - масса металла в единице объема; К - длина просвечиваемого участка; плотность металла. Источники информации, принятые во при экспертизе 1.Саетанов Г. А. Сверхзвуковые двухфазные течения, Минск, 1972, 2.Шнфрин.К. С.,РОЛИКОВ В. И. Определение спектра капель методом малых углов, М., Издательство АН СССР, 1960. 3.Саетанов Г. А. Сверхзвуковые двухфазные течения, Минск, 1972.