Способ определения параметров воздушного потока Советский патент 1981 года по МПК G01P5/18 

1 . Изобретение относится к области измерения параметров движения и может быть использовано при исследованиях воздушных потоков. Известен способ определения параметров воздушного потока, основанный на измерении времени пролета заданно го мерного участка между разрядниками и приемником датчика трассирующими частицами, например ионами, образованными в результате кратковременного коронного разряда l. Этот способ позволяет определять пульсаиионные скорости, период изменения которых соизмерим с временем перемещения ионов на мерном участке. Так как определение скорости этим, способом производится непосредственно по пути и времени, а не по косвен ным величинам, отпадает необходимост в тарировке прибора, повышается надежность и точность самого процесса измерения. Однако зтот способ не позволяет определить интенсивность турбулентной диффузии, которая при определенных условиях существенно влияет на точность измерения направленной скорости. Известен также способ определения параметров воздушного потока, заключагацийся в создании в потоке ионной метки путем кратковременного электрического разряда, измерении времени пролета этой меткой от источника разряда двух указанных мерных участков разной длины по максимуму сигнала на двух приемниках и определении по этому времени искомых параметров С2, Этот способ не обеспечивает достаточную точность определения скорости нестационарного турбулентного потока и не позволяет определить коэффициент турбулентной диффузии. Цель изобретения - определение коэффициента турбулентной диффузии и повышение точности определения нестационарного турбулентного потока. Поставленная цель достигается тем, что измеряют время пролета меткой более чем двух мерных участков разной длины, по этим данным находят времяпролетную функцию и по двум ее t определяют искозначениям t. и мые параметры S 6(t2-t) «- I V-lf, коэффициент турбулентной где Одиффузии;скорость потока; 5, и S выбранные расстояния от разрядника; время между моментом разt. и t ряда и максимумами сигнало на расстояниях разрядника. На фиг.1 изображена схема устрой ства для осуществления способа; на фиг. 2 - схема размещения разрядника и приемника в камере сгорания двигате внутреннего сгорания. В камере 1 размещены приемники 2 и 3 и разрядник 4 датчика 5 устро ства. Приемники 2 и 3, представляющие собой защищенные экранизирующими трубками проводники с оголенными концами, соединены с осциллографом 8 Разрядник 4 подключен к высоковольтному импульсному генератору 7, сое ненному с приводимым от коленчатого вала прерывателем 6. Высоковольтный импульсный генератор 7 создает крат ковременный коронный разряд между электродами 4 в задаваемый с помощь прерывателя 6 момент времени. Продолжительность разряда обычно не пр вышает 0,1 мс, что существенно мень времени пролета ионов от разрядника до первого приемника. Переносимые потоком воздуха ионы попадают на приемники 2 и 3, создавая разность потенциалов на входных сопротивле-ниях осциллографа в. Первый кратковременный всплеск луча возникает в результате воздействия на приемни ки 2 и 3 электрического поля, возни кающего при подводе напряжения к разряднику. Второй и третий всплес ки возникают в результате стока заряда ионов, через приемники 2 и 3 Средняя скорость потока на участке между разрядником и приемником рассчитывается, как частное от деления расстояния между ними на время межд соответствующими максимумами тока через приемник. Однако такая методи ка определения скорости потока сопряжена с некоторой ошибкой, связанной с. диффузией ИО.НОВ. Процесс .диффузии описывается урав |ением а г Р Йя;от)э/2 ТСТ, местная плотность диффунди где р Q рующих частиц; ойцее количество диффундирующих частиц, введенных в объем в момент времени , в точке объема с коор динатом о - коэффициент диффузии; г - расстояние от центра диффундирующего объема. Описываемая уравнением зависимость имеет вид гауссовой функции ошибок. Распределение диффундирующих частиц в объеме симметрично относительно центра их образования, в рассматриваемом случае диффундирующими частицами являются ионы, плотность которых в какой-либо точке зависит от расстояния до центра ионного облачка и от времени, прошедшего с момента ионизации. Проходящее через приемник ионное облачко симметрично относительно своего центра, однако оно создает на приемнике ток, протекание которого по времени несимметрично относительно максимума, причем сам максимум Тока не совпгщает по времени с моментом прохождения центра облачка через приемник. Это явление объясняется диффузией ионов и используется в предполагаемом изобретении для определения ее интенсивности. Связь между временем t перемещения центра ионного облачка от разрядника до приемника и временем t от момента ионизации до момента регистрации максимума сигнала на приемнике выражается формулой tmax t где D - коэффициент диффузии; S -. расстояние от разрядника до приемника (база датчика), Для определения скорости переноса ионного облачка, равной скорости потока, необходимо знать действительное время перемещения егоецентра на расстояние от разрядника до приемника. Время t. меньше времени tn, на ве. личину, зависящую от интенсивности диффузии и базы датчика. Опережение максимума тока на приемнике относительно момента прохождения центра ион1НОГМЭ облачка используется в данном изобретении как для определения коэффИ1Гиента диффузии, так и для уточненного определения скорости направленного движения. Так как это урав|нение связывает две неизвестные переменные, необходимо для их определения иметь систему из двух уравнений . С этой целью устройство должно быть оборудовано, по меньшей мере, приемниками. При использовании двух приемников коэффициент диффузии может быть определен по уравнению 2 1 li г - S Sa tj 6( расстояний от разрядника до первого и второго приемника; t и t - время между моменто ионизации и регистрацией максимумов тока на первом и втором мерных участках. Так как обычно в потоке имеют место турбулентные вихри различных размеров, и в том числе соизмеримые с базой датчика, необходимо произвести несколько измерений, определяя средние значения времени t и tj, и по ним затем рассчитывать коэффициен турбулентной диффузии. Эффективность использования спосо ба .определения параметров воздушного потока заключается в экономии времен и материальных ресурсов на стадии доводки рабочего процесса вновь разр батываемого или модернизируемого ДВС Впервые представляется возможность оценить интенсивность турбулентного перемешивания в камере сгорания ДВС и тем исключить длительные испытания вариантов его впускных каналов и камер сгорания. Этот способ может быть распространен на другие газовые потоки и ис пользован в различтлх областях мгшшностроения, химической промышленности, энергетики навигации ИТ.п. где необходиью измерять скорости направленных турбулентных потоков и интенсивность происходящих в них процессов диффузии. Формула изобретения Способ определения паргаметров воздушного потока, заключающийся в создании в потоке ионной метки путем кратковременного электрического разряда, измерения времени пролета этой меткой от источника разряда двух заданных участков равной длины по максимуму.сигнала на двух приемниках и определении по этому времени искомах параметров, отличающийся тем, что, с целью определения коэффициента турбулентной диффузии и повьлиения точности определения скорости нестационарного турбулентного пЬтока, измеряют время пролета меткой более чем двухмерных участков разной длины, по этим данным находят времяпролетную функцию и по двум ее значениям t и t определяют искомые параметы «i 11 zll n „ t 6(,) ной диффузии; V - скорость потока; S и S - выбранныерасстояния от разрядника; t и t - время между моментом разряда и максимумами сигналов на расстояниях S и S 2 от разрядника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 2619836, кл. 73-194, 1952. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2438572/18-10, кл. С 01 Р 5/18, 1977.