Датчик регистрации паровых пузырей вдВуХфАзНОМ пОТОКЕ Советский патент 1981 года по МПК G01N15/06 

I

Изобретение относится к технической физике, а именно к технике исследования двухфазных сред, в частности, при исследова нии частоты генерации паровых пузырей на поверхности нагрева.

Известно устройство для фиксирования образования паровых пузырей с помощьютермопары, заложенной в стенку греющей поверхности 1.

В основании быстро растущего парового пузыря существует тонкий слой перегретой жидкости, испаряющийся с больщой скоростью. Этим объясняются значительные пульсации температуры поверхности нагрева связанные с цикличностью действия паровых пузырей. Сигнал . от термопары поступает на усилитель, затем на щлейфный осциллограф. Пульсации температуры проникают на небольшую глубину, поэтому заделка . термопар производится у самой поверхности нагревателя, что связано с определенными техническими трудностями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик регистрации паровых пузырей в двухфазном потоке, включающий измерительный прибор.

выводные провода и помещаемый в исследуемую среду зонд, на чувствительной поверхности которого установлены горячие спаи термопар. Спай термопары может устанавливаться в перегретый слой жидкости нагревателя. В этом случае пульсации термо-ЭДС возникают за счет пульсации температуры жидкости в пристенном слое при отрыве каждого пузыря, так как к месту отрыва пузыря подтекают менее горячие слои жидкости из основного объема. При установке спая термопары на некотором расстоянии от грею10щей поверхности над центром парообразования пульсации термо-ЭДС возникают за счет перегретого слоя жидкости вокруг парового пузыря. В случае исследования парообразования в растворах электролитов (раствор соли) пульсации термо-ЭДС возникают за

15 счет температурной депрессии, т.е. за счет разницы температур жидкости и пара 2. Недостатком известного устройства яв-. ляется то, что оно используется для регистрации паровых пузырей только на одиночном

20 центре парообразования, смещение спая термопары от центра парообразования допускается не более половины отрывного диаметра парового пузыря. При исследовании процесса парообразования на горизонтальном трубчатом- греющем элементе наблюдается большое количество центров парообразования, что затрудняет использование известного датчика. Необходимо установить количество датчиков, соответствующее числу центров парообразования. Каждый датчик снабжается отдельным регистрирующим прибором. Кроме того, необходимо определить центры генерации паровых пузырей на греющей поверхности, что часто трудно осуществить, особенно в условиях вакуума, когда нет фиксированных центров парообразования. Цель изобретения - повыщение чувствительности датчика регистрации паровых пузырей в двухфазном потоке. Поставленная цель достигается тем, что в датчике регистрации паровых пузырей в двухфазном потоке, включающем измерительный .прибор, выводные провода и помещаемый в 1сследуемую среду зонд, на чувствительной поверхности которого установлены горячие спаи термопар, холодные спаи термопар также установлены на чувствительной поверхности зонда, чередуясь с горячими спаями на расстоянии друг от друга, не превышающем размер парового пузыря. На чертеже схематически изображен датчик с усилителем и шлейфным осциллографом. Датчик регистрации паровых пузырей в двухфазном потоке расположен над греющим элементом 1 и представляет собой зонд, на чувствительной поверхности которого установлены несколько последовательно соединенных термопар 2 (например, хромель-копель, на чертеже X - хромель, К - копель), причем количество их зависит от длины греющего элемента и отрывного диаметра паровых пузырей. Как горячие, так и холодные спаи термопар установлены на чувствительной поверхности, чередуясь друг с другом, на расстоянии, не превышающем размер парового пузыря. Сигнал от датчика поступает по медным проводам 3 на усилитель 4 постоянного тока, а затем на шлейфный осциллограф 5. Спаи медь-хромель и медь-копель должны быть удалены от греющего элемента, паровые пузыри не должны их касаться, так как на этих спаях возникают иные термо-ЭДС. Усилитель 4 имеет устройство для компенсации постоянной составляющей сигнала. Если датчик работает в растворе электролита (раствор соли), необходима электрическая изоляция датчика от раствора, чтобы не происходило шунтирования термопар через электролит. Датчик устанавливается спаями вдоль греющего элемента в районе верхней его образующей. Регистрация генерации паровых пузырей с помощью предлагаемого датчика происходит следующим образом. Паровые пузыри, зарождаясь на нижней образующей трубчатого греющего элемента, растут и обтекают греющий элемент по боковой поверхности, а затем отрываются в районе верхней образующей греющего элемента. Причем в диапазоне давлений 8-100 кПа зарождающиеся на нижней образующей паровые пузыри не имеют фиксированных центров парообразования. Паровой пузырь окружен перегретым слоем жидкости, особенно велик перегрев в верхней части парового пузыря. Касаясь перегретым слоем жидкости спая одной (или нескольких) термопар, паровой пузырь вызывает термоЭДС, которая через усилитель регистрируется на щлейфном осциллографе. В случае, когда одновременно два паровых пузыря касаются термопар, величина термо-ЭДС оказывается в два раза больше. Все остальн,ые спаи остаются при постоянной температуре (температура кипения жидкости) термо-ЭДС не выдают. Датчик фиксирует общее количество образующихся паровых пузырей. Использование предлагаемого, датчика позволяет регистрировать все образующиеся паровые пузыри на горизонтальном трубчатом греющем элементе, имеющем много центров парообразования. Особенно эффективно использование датчика в условиях вакуума, когда на греющем элементе нет фиксированных центров парообразования. Предлагаемый датчик регистрирует парообразование не только на трубчатом греющем элементе, но и на любом другом (например, пластина, торец стержня). При этом условия организации отрыва паровых пузырей должны выполняться таким образом, чтобы пузыри касались хотя бы одного из спаев- датчика. Датчик позволяет также регистрировать генерацию паровых пузырей в непрозрачных средах. Формула изобретения Датчик регистрации паровых пузырей в двухфазном потоке, включающий измерительный прибор, выводные провода и помещаемый Б исследуемую среду зонд, на чувствительной поверхности которого установлены горячие спаи термопар, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, холодные спаи термопар также установлены на чувствительной поверхности зонда, чередуясь с горячими спаями на расстоянии друг от друга, не превышающем размер парового пузыря. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Мооге Р. D., Mesler R. В. The measurement of rapiel surface temperature fluctuation during nucleate boiling of water. - A. J. Cn. E. Journal I, 1961, № 4, p. 620. 2.Субботин В. И. и др. Экспериментальное исследование переноса тепла при кипении в условиях свободной конвекции. ЭФИ266, Обнинск, 1971, с. 31 (прототип).

t

0

-0

0- 0-0