Устройство для определения локальнойКОНцЕНТРАции КАпЕльНОй ВзВЕСи ВгАзОВОМ пОТОКЕ Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании форсунок и газомазутных горелочных устройств.

Известно устройство для определения распределений концентраций жидкости по радиусу факела, содержащее секторный сборник, представляющий собой сосуд, разделенный на ряд секто|эов, устанавливаемых на некотором расстоянии от сопла форсунки соосно с ним. Жидкость, попавшая в секторные ячейки, собирается, и ее количество определяют взвешиванием или с помощью мерных сосудов. Концентрацию вычисляют по известной формуле tilНедостатком устройства является ето непригодность для исследования газомазутных горелочньгх устройств, так как оно перегораживает значительную часть сечения факела и оказывает влияние на характер распределения капель жидкости )в газовом потоке, что ведет к искажению истинного распределения концентраций.

Известно устройство для определения концентрации капель жидкости в газовом потоке, содержащее корпус в виде трубы с окном, затвор, выполненный с возможностью перемещения вдоль корпуса, и приемный элемент с улавливающим слоем С2.

При работе устройства капли попада0ют на приемный элемент и оставляют отпечатки на улавливающем слое. Концентрацию капель определяют путем последовательного подсчета отпечатков с одинаковым диаметром и обработки реаультагов

5 подсчета на ЭЦВМ.

Недостат-ком этого устройства является то, что его нельзя использовать для eciследования капельных потоков с высоким удельным расходом жидкости, а также сильно закрученных капально-еозаушвых потоков газомазутных горелочных устройств, поскольку в первом случае жидкость заливает приемный элемент и отпечатки

38

сливаютч;я, а во втором происходит иска- жение формы пслученных отпечатков. Наиболее близким по технической сущности из известных устройств является устройство для определения локальных концентраций капель жиакости в газовом потоке, содержащее три коаксиально расположенные трубы и приемный элемент, закрепленный на поверхности внутренней трубы под окнами, выполненными в двух других трубах, одна из которых установлена с возможностью перемещения ваоль оси. Приемным элементом является улавливлющий слой (оксиь магния), нанесенный на поверхность третьей трубы С Недостатком устройства является невозможность определения локальнух концентраций и скоростей по радиусу факела на разных расстояниях от форсунки.

Локальные концентрации определяют состав топливно-возцушной смеси и позволяют вычислить количество тепла, которое может быть выделено в данном объеме. Локальные скорости определяют качество смесеобразования. Данные об этом параметре необходимы, так как начальная скорость капель близка к скорости истечения топлива, но при дальнейшем движении на капли воздействует движущаяся газообразная среда, и скорость капель и характер их движения меняется. Все это влияет на характер смесеобразования, а следовательно, и на процесс горения. Недостатком устройства является также то, что при использовании его для исследования газомазутных горелочных устройств, в которых жидкость взаимодействует с газовым потоком, значительно снижается достоверность результатов, поскольку отпечатки на улавливающем слое имеют искаженную форму, например вытянутую. Для исхэюдованвя сильно закрученных потоков устройство вообще не-, пригошю, так как отпечатки настолько искажаются, что получить наглядную картину невозможно. Устройство нельзя использовать также для исследования капельных потоков с высокими удельными . расходами. К тому же, обработка полученных результатов является длительным и трудоемким процессом.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения локальной концентрации и локальной скорости капель.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения локаль94.

ной кониентрацин капельной взвеси в г-азовом потоке, содержащее три коаксиаль- но расположенные трубы и приемный элемент, закрепленный на поверхности внутренней трубы под окнами, выполненными в двух других трубах, одна из которых установлена с возможностью перемещения вдоль оси, снабжено съемным экраном, установленным над окном наружной трубы.

Приемный элемент может быть выполнен из пористого влагоуцерживающего материала.

Для определения вышеуказанных характеристик необходимо выделить опреде-

ленный объем каплевоздушной смеси, в котором будут присутствовать как капли, движущиеся по криволинейным траекториям, так и прямодвиЖущиеся капли. Необходимый объем отсекается посредством

экрана, установленного на высоте

H-K-t.X/, э

J гае - время экспозиции;

W - скорость измеряемого- потока;

,1 - 1 - 0,1.

Пластины могут быть изготовлены из обожженного глиняного кирпича.

Установление вышеуказанного съемного экрана над окном подвижной трубы позволяет выделить локальный объем газожидкостного потока.

Выполнение приемного элемента в ви- 5 де набора пластин, изготовленных из обож женного глиняного кирпича, позволяет уловить попавшую на пластины жидкость. Поскольку глиняный кирпич является гидрофильным материалом, в котором хорошо 0 проявляются капиллярные явления, то попавшая жидкость впитывается и удерживается. Благодаря хорошо развитой капиллярной системе приемный элемент имеет большую удельную емкость и поэтому мо5 жет быть использован для измерений потоков с большими концентрациями жидкостей.

Таким образом, предложенное устройство позволяет исследовать сильно закру0 ценные потоки, а такжепотоки с высокими удельными расходами, поскольку результаты измерений не зависят от размеров и формы капель и скорости потока, а лишь от количества жидкости, впитан- S ной пластинами.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - графики распределения локальных концентраций, уаель5Hпых расхоаов н локальных скоростей по радиусу факел-т форсунки. Устройство содержит три коаксиальные трубы: трубу 1 с окном 2, трубу 3 с окном 4, трубу 5 с приемным элементом в Съемный экран 7 установлен наа окном 4 трубы 3. На трубе 1 расположено спус ковое устройство 8, содержащее, например, пружину 9. Пружина 9 прикреплена к трубе 3. Труба 1 снабжена расположенными на торцах ограничителями 10 авижения трубы 3. гМежцу ограничителями 10 натянута струна, 11 для направления движения трубы 3. Приемный элемент 6 расположен под окном 2 трубы 1,и представляет собой набор пластин из капле- удерживающего пористого материала. Размер экрана 7 соответствует размеру окна 4 и размеру пластины приемного элеменгта 6. Экран 7 установлен на высоте H-K-CaW , где tg - время экспозиции которое определяется с помощью счетчика времени или шлейфового осциллографа; К - 0,1 - коэффициент, зависящий от скорости измеряемого потока и определяе мый экспериментально. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы каждую пластину приемного элемента 6 взвешивают и весь набор укрепляют на боковой поверхности трубы 5. Трубу 5 устанавливают в трубу 1 таким образом, что приемный эле мент 5 располагается под окном 2. Пружина 9 находится во взведенном Состоянии. Устройство вводят в исследуемый поток, например в факел .центробежной форсунки, таким образом, что поверхность экрана 7 перпендикулярна движению потока. Посредством спускового устройства 8 освобождают пружину 9 и труба 3 движет ся вдоль трубы 1 по направляющей струне 11, натянутой между ограничителями 1О движения. При .движении трубы 3 экран 7 отсекает из потока локальные объемы гаэожидкостного потока. Когда окно 4 проходит над окном 2, то на пластины приемного элемента попадают капли жидкости из ПОТОКИ. Поскольку экран препятствует движению потока, го на приемный элемент могут попеть только те капли, которые движутся в подэкранном простран стве, объем которого . где Н В1лсота установления экрана; Р - площадь пластины приемного элемента. По- папШая жидкость впитывается и удерживается пластинами приемного элемента 6. Лчлее устройство выводят из исследуемого потока. Затем трубу 5 с укрепленным на ее поверхности приемным элементом извлекают из трубы 1. Каждую пластину помещаютв пробирку и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,2 мг. Определяют количество попавшей на каждую пластину жидкости (Д G ) путем сравнения результатов взвешивания до и после работь. Вычисляют локальную концентрацию капель жидкости в газовом потоке по известной формуле. где G- - привес жидкости .на каждой I -и пластине. По результатам расчета строят график распределения локальных концентраций по радиусу факела центробежной форсунки (см. фиг. 2, кривая 1).. Предложенное устройство может быть использовано для определения удельных расходов жидкости. Для этого снимают экран 7 и производят аналогичные операции. Затем для каждой пластины вычисляют удельный расход жидкости по известной формуле .с.-.-к-.г мг 1 6, Р э 1МИ с J где uGi; -привес жидкости на каждой ( -и пластине; -время экспозиции; -площадь пластины; -коэффициент, определенный экспериментально и. учитывающий то, что время на экспозицию каждой последуюей пластины несколько отличаются. По результатам расчета строят граик распределения удельных расходов идкости по радиусу факела (см. фиг. 2 ривая 2). К тому же расчетным путем можно пределить среднюю скорость каапи в ыделенном локальном объеме по известой формуле По результатам расчета строяг график аспределения локальных скоростей по адиусу факела (см. фиг. 2, кривая 3),

7S

С помощью предложенного устройства можно исследовагь любое сечение факела, так как реэультагь| измерений не зависят от числа, размера и формы капель.

Предложенное устройство позволяет определять параметры капельных потоков при развитии последних как в свободном пространстве, так и при взаимодействии с прямоточными и закрученными потоками, т, е. возможно исследовать как форсунки, так и газомазутные горелочные устройства. Все это значительно расширяет функциональные возможности устройства.

Кроме того упрощается обработка полученных результатов.

. YctpoAcTBo просто в исполнении, в эксплуатации и может быть использовано для получения данных, необходимых для анализа существующих, и при проектировании новых конструкций мазутных горелочных устройств промышленных парогенераторов, для наладки мазутных, горелоч- ных устройств, а также цля разработки математической модели топливных потоков форсунок.

Изобретение также может быть использовано в технике безопасности при определении концентрации жидких горючих веществ во взрывоопасных смесях, например, в воздуховодах вытяжной системы вентиляции; в химическом производстве для исследования различных процессов и выбора оптимального варианта их разви-

8

тия; пля определения концентрации к-- пель искусственного дождя.

Формула изобре те н и я

1.Устройство для определения локальной концентрации капельной взвеси в газовом потоке, содержащее три коаксиально расположенные трубы и приемный элемент, закрепленный на поверхности внутренней трубы под окнами, выполненными в двух других трубах, одна из которых установлена с возможностью перемещения вдоль оси, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, под окном наружной трубы установлен съемный экран.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приемный элемент выполнен из пористого влагоудер- живающего материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Дитякин Ю. Ф. и др. Распыливание жидкостей. М., Машиностроение, 1977, с. 73.

2.Karinrverz Bednarek . Измерение величин и концентрации капель жидкости в газовом потоке, сб. Archiurunn рго° cesoip SpaBania , i97O,vogi, № 3-4, p. 377.

3.Патент Японии N« 45-5582,

кл. 113-112, оиублик. 1970 ( прототип). 00 о 60 70 80 90 ЮО ПО Фи2,2 /20 J30 f40 /Л7 160/70 f80 К