Устройство для измерения кинетики испарения капель жидкостей в газовом потоке Советский патент 1983 года по МПК G01N25/02 G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению размера капель жидкостей при исследовании кинетики их испарения и процессов тепломассообмена и может быть реализовано как в экспериментальных установках по изучению поведения жидких капель, так и в технологических процессах, например, при производстве порсяакообразных продуктов, распылительной сушке вязг ких растворов, экстрагировании.

Известны устройства для определения размера жидкой капли в газовом потоке, представляющие собой рабочую камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений и микрофотосъемочным аппаратом

Недостатками данных устройств являются относительно невысокая точность, большая роль субъективного фактора в результатах измерений (оптические и весовые устройства), 1 сложность в исполнении, а создание экспериментальных установок с использованием этих устройств наталкивается на сложности конструктивного характера. Кроме того, электрические устройства являются дорогостоящими.

а оптические устройства требуют дополнительной мощной подсветки исследуемого объекта, что не только возмущает его, но и крайне искажает кар тину поведения жидкой капли, с точки зрения, например, изучения процессов испарения.

Наиболее близким к предлагаемому

10 является устройство, содержащее камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений, приспособлением для формирования капли, и микрофотос-ьемоч15ный аппарат, представляющий собой сложный оптико-механический прибор. В рабочей камере, снабженной системой ввода и вывода газа и окном для оптических наблюдений, против

20 которого установлен, микрофотосъемочный аппарат, формируют каплю жидкости при помощи приспособления для формирования капли, представляющего собой микробюретку, заполненн5гю ис25следуемой жидкостью. Размер капли жидкости, помещенной в фокус микрофотосъемочного аппарата, определяется по фотографиям с учетом увеличения микроскопа по сравнению с реальными размерами капли 2.

30

Недостатком известного способа является сравнительно невысокая точность измерений, которая лимитируется точностью микроскопа (««0,01 мм), и длительность процесса получения конкретного значения линейного размера жидкой капли, обусловленная многоэтапностью операций до получения окончательного результата (порядка 2 ч при одном измерении). Необходимость обработки фотоматериалов а также необходимость определения линейного размера жидкой капли по фотографиям ке позволяет в принципе автоматизировать процесс измерения. Цель изобретения - повышение эффективности и точности измерения линейного размера капель жидкостей.

Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерения кинетики испарения капель жидкостей в газовом потоке, включающем камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений, и блок формирования капли, в камеру помещен двухэлектродный конденсатор, одна из обкладок которого выполнена в виде металлического капилляра, соединенного с блоком формирования капли, а вторая - в виде пористого металлического диска с диаметром, paBHbjM диаметру камеры, электрически изолированного от капилляра и корпуса камеры и расположенного на входе газового потока перпендикулярно его направлению, причем указанны конденсатор включен в частотозадающую цепь генератора высокочастотных колебаний, выход которого связан с системой измерения, обработки и фиксирования результатов.

На чертеже приведена схема устройства для определения линейного размера жидкой капли в газовом потоке ,

Устройство состоит из камеры 1, в которую помещен электрический конденсатор, одна из обкладок которого выполнена в виде металлического капилляра 2, соединенного с блоком для формирования капли 3, а вторая в виде пористого металлического диска 4 с диаметром, равным диаметру камеры, электрически изолированного от капилляра и корпуса камеры и расположенного на входе газового потока перпендикулярно его направлению, причем устройство снабжено генератором высокочастотных колебаний 2, Газовый поток создают при помощи системы ввода б и вывода 7 газа, а информация о линейном размере исследуемой капли жидкости 8 автоматически выводится на систему измерения, обработки и фиксирования результатов 9. Визуальный контроль за жидкой каплей осушествляется через

окно для оптических наблюдений 10. Электрическая изоляция металлического диска от корпуса камеры осуществляется изолирующей прокладкой 11. Камера 1 выполнена в виде цилиндра

из посеребренной латуни, закрепленного между двумя фланцами. Первая обкладка электрического конденсатора металлический капилляр 2 - представляет собой стальную трубку с внешним диаметром 0,231-10 3 м. вторая обкладка - пористый металлический диск 4 - диаметром 0,377-10 м, спресованный из никелевого порошка. Система измерения, обработки и фик5 сирования результатов 9 состоит из электронно-счетного частотомера ЧЗ-34А, устройства цифропечатающего Щ68000К и ЭВМ типа ДЗ-28. С целью исключения деформации капли жидкости и возможной турбулизации газового

потока пористый металлический ди-ск 4 установлен перпендикулярно направлению газового потока и оси металлического капилляра 2. Блок для формирования капли 3 представляет собой

вакуумноплотный шприц с перемещающимся винтовым штоком.

Устройство работает следующим образ ом.

Полная емкость электрического

0 конденсатора определяется геометрическими размерами обкладок 2 и 4 (постоянная составляющая) и размером капли жидкости 8 (переменная составляющая) и, таким образом, является

5 функцией размера капли.

Электрический конденсатор,-обкладками которого являются металлический капилляр 2 и пространственно разделенный с ним пористый металлический

0 диск 4, одновременно предназначенный для ламинаризации газового потока, набегающего на каплю жидкости 8, включен в частотозадающую цепь генератора высокочастотных колебаний 5,

с выход которого соединен с системой измерения, обработки и фиксирования результатов 9 (одна обкладка - пористый металлический диск - соединена непосредственно с генератором, а вторая - металлический капилляр через землю). При формировании , капли жидкости 8 на нижнем торце металлического капилляра 2 происходит изменение емкости электрического конденсатора,что ведет к. изме5 нению собственной частоты генератора 5, которое поступает в виде электрического импульса на систему измерения, обработки и фиксирования результатов .

0 в камере 1 при выбираемой температуре (например ) создают пониженное давление путем откачки находящегося в ней газа ва куумным насосом ВН-461М. Подключают систе5 МУ ввода газа б в камеру и, корректируя скорость ввода газа и скорост его вывода, устанавливают требуемое давление в камере (например,933 гПа Включают систему измерения, обработки и фиксирования результатов 9, которая измеряет частоту f, являющуюся функцией емкости электрического конденсатора. Затем на нижнем тоце металлического капилляра 2 формируют каплю жидкости 8, подавая ее из.блока для формирования капли 3 по капилляру-обкладке 2; при этом система измерения, обработки и фиксирования результатов автоматически измеряет новую частоту f и по градуировочной характеристике, имеющей вид

/3f 0,1318+2,1422+3,4859, и введенной в виде программы в ЭВМ ДЗ-28, ог ределяет линейный размер капли h, используя известные значения л fo -fi в ламинарном газовом потоке.

Использование устройства позволяет . проводить исследование кинетики испарения капель жидкостей в ламинарном газовом потоке в интенсивном (до 10 измерений в секунду) и полностью автоматизированном режиме за счет того, что информация о линейном размере жидкой капли поступает в виде электрических импульсов определенной частоты из конденсатора на систему измерения, обработки и фиксирования результатов, где размер капли жидкости определяется и извлекается автоматически в цифровом виде,Эффективность процесса исследования достигается за счет исключения многоэтапных операций (таких как фотографирование, изготовление фотоснимков и измерение по ним линейного размера жидкой капли с учето увеличения микроскопа), необходимых при использовании устройства (прототипа) с микрофотосъемочным аппаратом. Если для исследования кинетики испарения капель жидкостей с помощью известного устройства, например, при десяти измерениях, проводимых каждые 60 с, на обработку экспериментальных результатов до получения конкретных значений десяти линейных размеров испаряющейся капли жидкости уходило 2-2,5 ч, то с помощью предлагаемого устройства это время сокращается до 11 мин, т.е. практически до времени, за которое и происходит исследование

(через 1 с после каждого из десяти измерений система измерения, обрабоки и фиксирования результатов выдает конкретное значение линейного размера капли жидкости). Точность измерений возрастает в 2-2,5 раза по сравнению с прототипом при средней чувствительности устройства 7 кГц/мм..

Малые размеры устройства дают возможность полностью термостатировать камеру, что ведет к существенному расширению диапазона температур, при которых ведутся изме,рения линейного размера жидкой капли в газовом потоке.

Все это позволяет повысить.эффективность и производительность труда, а также качество получаемых Экспериментальных результатов.

Формула изобретения

. Устройство для измерения кинетики испарения капель жидкостей в газовом потоке, включающее камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений, и блок формирования капли, . отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и точности измерения линейного размера капель жидкостей, в камеру помещен двухэлектродный конденсатор, одна из обкладок которого выполнена в виде металлического капилляра, соединенного с блоком формирования капли а вторая - в виде пористого металлического диска с диаметром, равным диаметру Кс№1еры, электрически изолированного от капилляра и от корпуса камеры и расположенного на входе газового потока перпендикулярно его направлению, причем указанный конденсатор включен в частотозадающую цепь генератора высокочастотных колебаний, выход которого соединен с системой измерения, обработки и фиксирования результатов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Фукс Н.А. Испарение и рост капель в газообразной среде. М. Изд-во АН СССР, 1958.

2.Ranz W.E., MarshaOP W.K. Evaparaticn from draps Chem.Eng. Progress. Voe.48,- № 3, 1952, p.l41146 (прототип).