Способ определения скорости потока текучей среды в пористом слое Советский патент 1980 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к технике измерения скорости в потоках жид-. кости, капельной или газообразной, в частности при фильтрации через

пористые слои, и может быть использовано при исследовании процессов фильтрации жидкости в технологических аппаратах меташлургической, хи1 ической и других отраслях промышленности,

Известен способ измерения скорости гидро- и аэродинамических параметров потока в пористом слое, основанный на измерении массообменных ха 5актеристик 1 .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определения скорости потока, жидкости или газа в пористом слое, основанный на измерении статических давлений в различных точках слоя 2, По этому способу средняя скорость, потока, обтекающего элемент слоя, определяется в результате графоаналитической обработки данных о распределении статических давлений в пористом слое, представленных в виде аэродинамической сетки течения потока. При этом для выявления средней, величины статического давления. в потоке, обтекающем элемент слоя, применяется специальное устройство для отбора давления (модельэлемента) известной конструкции, имеющее форму шара, образованного в результате заполнения сетки мелкими шарообразными частицами с трубкой для отбора давления.

Однако этот способ непригоден ДЛИ ирследования различных вариантов истечения потоков в пористый слой, так как необходимо знать направлён41е движения струй в слое по линии тока и начальные условия истечения (скорость, давление). Реализовать метод статического давления не представляется возможным и при исследовании, фильтрации потока через пористые слои с неоднородной структурой, например через пористый слой; образуемый игтабельной укладкой, структура которого может ейдть неоднородной пО трем направ- . лениям движения потока. Кроме того сложная графоаналитическая обработка требует больших затрат времени на графическую обработку исходных

данных, включая предварительное построение аэродинамической сетки

течения потока и не гарантирует точного определения скорости.

Целью изобретения является ускорение процесса измерения путем непосредственного определения средней скорости потока, обтекающего элемент слоя.

Для достижения указанной цели по предлагаемому сгюсобу в полую перфорированную модель, идентичную по форме и размерам элементу пористого слоя, например шару, паралле-т епипеду и т.п., вводится термопреобразователь, выходной электричесгкий сигнал которого пропорционален

сГ{ брЬШиг1б окавнутри модёлй, а средняя скорость потока, обтекающего модель элемента слоя, опредеяётся по формуле

Х/ OW

ср. 6

где W - средняя скорость потока, обтекающего модель элемеа

та слой;

Wg, - скорость потока внутри модели; .. - . а.Ь - коэффициенты, зависящие лт формы элементов, ,

На чертеже показаны модели элементов слоя для реализации предлагаемого способа.

Каждая из моделей представляет собой/емкость 1, идентичную по форме и размерам элементу слоя, поверность которой имеет перфорацию 2, равномерно распределенную на ней. Относительный диаметр перфорации

. - i-

d- определяется отношением - . . С1Т.

- диаметр отверстий перфора(do., j - толщина стенки модели)

ции; 6,..

а живое сечение перфорацииi -

оть.- - суммарная плоношением. оте..

V

м.

щадь отверстий на поверхности модели; У„- внутренний объем модели). В модель введен термопреобразователь 3, например чувствительный элемент термоанемометра, выходной электрический сигнал которого пропорционален скорости потока внутри емкости.

При экспериментальном йе(5Лбд1Ьвании воздух с помйщьй вёнтйлят6|ра подавали в рабочую камеру, объем которой загружали шарами или параллелепипедгичи, имеющими одинаковые . размеры. Расход воздуха в установке регулировался с помощью шибера, установленного у вентилятора. Расход воздуха регистрировался расходомерным Устройством .{точень1М по лемнискате ксятлектором, протариррванным по расходу), которое подключалось к микроманометру и устанавливалось на выходе воздуха из камеры, Однород728088

ность структуры пористого слоя обеспечивалась засыпкой рабочей камеры шарак-ш дождем и упорядоченной лацкой параллелепипедов.

Равномерное распределение расхода воздуха на входе в рабочую камеру/ осуществляемое с помощью второй камеры - статического давления (с внутренней тгерфорированной сеткой) , а также однородность структуры пористого слоя, позволило размещать модели элементов в любой точке слоя и ойределить среднюю скорость.потока воздуха, обтекающего модель, по формуле:

W (1)

CD. ibOO-F E.

(1)

где V - расход воздуха через пористый слой, регулируемый с помощью шибера, F - площадь сечения камеры

(слоя загрузки), перпендикулярного оси воздушного потока,

.- пористость слоя. ( . 0,4 для шаров, : 0,15 - для параллелепипедов),

Изменив скорость потока внутри модели Wg (с помощью термоанемометра) , зная из выражения (1) скорость внешнего потока, можно построить графики зависимости,ь , Обработка кривых методом наименьших квадратов позволила установить и аналитический вид ;искомой зависимости

срГ«- Л

Для моделей элементов шаровой формы

,,555W

(3)

Для моделей элементов, имеющих форму параллелепипеда

(4)

V -0,085-W 0,

ср.

где W - скорость воздуха в полых перфорированных моделях, м/с, Общий вид полученных формул обеспечивает их использование при исследовании процессов фильтрации Потоков через пористые слои с , различной формой элементов (в зависимости от формы элементов будут изменяться только коэффициенты) и позволяет-по результатам Измерения скорости внутри полой перфорированной модели элемента определить в любой точке пористого слоя (с однородной или неоднородной структурой среднюю скорость внеинего потока, обтекающего модель,

Формула изобретения Способ определения скорости потока текучей среды в пористом слое, основанный на помещении в пористый , слой модели, идентичной по форме и размерам элементу заменяемого пористого слоя и использований термопреобразователя в качестве датчика скорости, отличающийс я тем, что, с целью Ускорения процесса измерений, используют по-. лую перфорированную модель, измеряют скорость потока внутри модели, а искомую величину определяют по

формуле

,,

средняя скорость потока в

ср. пористом слое;

Wj - скорость потока внутри модели;.

а,Ь - коэффициенты, зависяваие

от формы элементов порис. того слоя.

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

1.Аэров М.Э.и Умник Н.Н.журнал технической физики. Т. ХХУ1, 6,

1956, с. 1233-1250.

2,Малкин С.А. и Магнйтский Н.А. Метод исследования распределения скоростей и давлений в слое сыпучих

материалов. ИФЖ, I960, т. III, 3, 97-99 (прототип).

А-А.

у 7 у / / / /

iZA

r/X//J|fX/XX/7