Способ определения режима движения потокагАзА Советский патент 1981 года по МПК G01P5/00 G01F1/00 

(54) СПОСХЭБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ПОТОКА ГАЗА Цель изобретения - расширение- технологических возможностей способа. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения режима движения потока газа расход газа измеряют вначале при разных перепадах давления и постоянной температуре, а затем при постоянном перепаде давления и разных температурах, устанавливая режим движения потока газа по характеру зависимости от перепада давления и темратуры коэффициента проницаемости читываемого по формуле а X 5 ikP Где П - Коэффициент проницаемости Q - объем газа, приведенный к нормальным условиям, -время движения -длина канала или его части} -площадь поперечного сечения канала;- перепад давления на концах канала или его части. при этом в случае изменения коэффициента проницаемости с изменением пере-, пада давления судят, о ламинарном или турбулентном режимах, причем увеличение коэффициента проницаемости с повышением температуры по закону VT свидетельствует о турбулентном, а уменьшение по закону о ламинарном режимах; в случг.е постоянства коэффицитента проницаемости при изменении перепада давления судят о ев обо дно-молекулярном или диффузионном режимах, причем увеличение коэффициента проницаемости с повышением температуры по экспоненциальному закону свидетельствует о диффузионном, а уменьшение по законуi/ff- о свободно-молекулярном режимах. Рассмотрим возможные виды переноса газа при его перемещении через канал с известными геометрическими празмерамй. Поток газа распространяется в каналЬ, заполненном непористой изотропной средой, путем молекулярной диффузии. При установившемся состоянии и постоянной температуре зависимость расхода газа от движущейся силы процесса для одновременного диффузионного потока в изотропной среде в соответствии с первым уравнением Фика имеет слеругощий вид X--ь-г, (4) где О - Количество газа , газ где то ка уча дав нен 30 или гд цие но фуз в м рас тых ютс цие зав мос сог где про - концентрация газа в среде нп начальном участке канала; коэффициент диффузии; концентрация газа в.среде на конечном участке канала; площадь поперечного сечения канала;расстояние между начальным и конечным участками канала. Если для рассматриваемой системы -среда справедлив закон Генри ,(5) Р - давление газа; Ъ - коэффициент растворимости газа в среде, можно написать для начального участсреды и для конечного стка среды В том случае, когда Ь не зависит от ления, .получим СГ-ЬР,16) (7) Подставляя значение С С2 в уравие (6), получим О) ) 3) П - коэффициент диффузионной проницаемость среды. Из уравнения (8), видно, что коэффинт диффузионной проницаемости численравен произведению коэффициента дифии на коэффициент растворимости газа атериале среды. Так как коэффициенты творимости, газов в твердых непорисматериалах практически не изменяя при повышении давления, то коэффинты диффузионной проницаемости не исят от перепада давления P F - Pj. Коэффициенты диффузионной проницаети газов изменяются с температурой ласно выражению n (-En/T t , Оо| Пд - постоянная величина Е| - условная энергия активации процесса проницаемости; - универсальная газовая постоянная, - абсолютная температура. Таким образом, если коэффициенты ицаемости при постоянной температуре практически не изменяются с изменением перепада давления или же при постоянном перепаде давления зависимость коэффициентов проницаемости от температуры носит экспоненциальный характер, то режим движения потока газа осуществляется путем молекулярной диффузии.

Поток газа распространяется в свободном канале или же в канале, заполненном пористой средой, путем свободно-молекулярного (кнудсеновского) течения.

Расход газа, прошедшего через поперечное сечение канала цариуса и длины X путем свободно-молекулярного (кнудсеновского) течения, равен

4%).Л, (li) X рцеТ - универсальная газовая постоянная Т - абсолютная температура М - молекулярный вес газа, др - перепад давления на длине канала X. Подставляя значение расхода газа при свободно-молекулярном течении уравнение (11) в уравнение (З), получим следующее аналитическое вьфажение качественно и количественно характеризующее процесс переноса газа при свободно-молекулярном течении MTtT TtMT где Hj - коэффициент проницаемости при свобопно-молекулярном течении газа МО мольный объем газа. Из уравнения (12) видно, что коэффициент проницаемости при ев обо дно-молекулярном течении газа не зависит от перепада давления газа и уменьшается пропорционально t/VT с повышением температуры, а также пропорционально / / Г при увеличении молекулярного веса газа. Таким образом, если при постоянной температуре коэф4ициенты проницаемости не изменяются при изменении перепада давления, или же при постоянном перепаде давлешя уменьшается пропорционально 1/УТс повышёшем. температуры и пропорционально i/VfT при увеличении молекулярного веса газа, то режим движения потока газа является свободНй- олекулярным (кнуцсеновским) течением. Поток газа распротсраияется в свобоо ном канале ипи же в канале, заполненном

пористой средой, путем ламинарного (вязкого) течел :я.

При этих условиях принято рассматривать газ, как сплошную среду, где необходимо учитывать соударение молекул между собой и можно пренебречь столкновениями молекул газа со стенками канала. Расход газа йри вязком течении можно вычислить по уравнению Гагена-Пуазейля

др

м

X

аъ) рт

где r|j - коэффициент динамической вязкости газа; Ру + F среднее давление

Р J,

газа в канале. Подставляя значение расхода газа при ламинарном (вязком) течении уравнение (13) в уравнение (3) получим следующее аналитическое вьгражение качественно и количественно характеризунэщее перенос газа через канал при ламинарном (вязком) течении (W) БТ t S где Rgj-f- коэффициент проницаемости при ламинарном (вязком) течении газа. Из уравнения (14) видно, что коэффициент проницаемости при ламинарном (вязком) течении газа зависит от среднего давления Р газа в канале, увеличиваясь при повышении среднего давления. Так как вязкость газа пропорциональна Т то коэффициент проницаемости при вязком течении газа уменьшается с повышением температуры пропорционально 1/VTb . Таким образом, если коэффициенты проницаемости при постоянной температуре практически линейно увеличиваются с повышением среднего давления в канале, или же при постоянном перепаде давления уменьшается пропорционально 1/VT3 при повышении температуры, го режим движения потока газа является ла1лшарным (вязким) течением. Поток газа р&спространяется в свобЬЙном канале или в канеле, заполнением пористой средой путем турбулентного течения. При турбулентном течении вязкость практически не оказывает непосредственного влияния на свойства турбулентного