(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕТИКИ ИСПАРЕНИЯ ЖИДКОЙ КАПЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к исследованию кинетики испарения жидких капель, и может быть использовано в эксперимент апь- ных установках по изучению испарения капель. Чистых жидкостей и растворов, процессов теплообмена в аэродисперсных системах, а также в технологических уст-: ройствах для контроля за размером жидких капель в процессах сушки, экстрагирования и т.д.
Известны.способ и устройство исследования кинетики испарения жидкой капли, основанные на измерении линейного размера капли с помощью измерительного микроскопа. Способ и устройство предусматривают создание в рабочей камере газовой рреды с заданными параметрами, размещение капли в фокусе оптической -схемы микроскопа, ее освещение и определение линейного размера (высоты) по калиброванной измерительной шкале микроско naCl.Однако описанный способ имеет существенные недостатки: малые быстродействие и точность измерения размера, процесс измерения не поддается автоматизации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ, который предусматривает также формирование в рабочей камере парогазово 1 среды с заданньв ли параметрами, формирование капли жидкости и размещение ее в фокусе оптической схемы фотоаппарата освещение капли и, фотографирование через определенные промежутки времени, далее по изготовленным снимкам опрёделе ние размера капли и вычисление характеристик испарения 2 .
Устрюйство, реализующее указанный способ, содержит рабочую камеру с сис20темами откачки и напуска газа, систему контроля параметров парогазовой среды. Камера снабжена опт гческими вводами для подсветки и фотографирования капли. фотоаппаратом и системой подсветки с тепловым фильтром, который служит для поглощения тепловых лучей подсветки. Использование подобного устройства ои ределяет наличие оборудования для про-. явления фотопленки и изготовления отпечатков с изобр)ажением 1саш1И, измерительного инструмента, оптического или механического, для определения по отпечатку размера капли |22 . . Недостатками этого способа являются малое быстродействие (от момента съемки до получения характеристик испарения проходит минимум 1,5 ч), трудоемкость процесса измерения, невозможность его : автоматизации Применение этого способа ведет к уменьшению точности измерения (в лучщих образцах погрешность составпяет 0,01 MM) линейного размера за счет .размытости границ капли на снимке при неточном расположении ее в фокусе фотоаппарата, к усложнению установки за счет монтажа оптических вводов в рабочую камеру для подсветхси и фотографирования. Необходим также монтаж тепловых фильтров на подсветке, чтобы нагрев капли лучами света не влиял на про ц€сс испарения. Цель изобретения повышение эффек тивности и точности измерения линейного размера жидкой капли, а также обеспечение возможности автоматизации процесса измерения, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения кинетики испарения жидкой капли, основанному на определении изменения линейного размер капли, помещенной в парогазовую среду с заданными параметрами, парогазовую среду с заданными параметрами создают между электродами электрического конденсатора, измеряют его емкость, затем на один из электродов помещают капли жидкости, вновь измеряют емкость обра.зованного конденсатора и по разности полученных значений судят о размере капли, а по изменению этой разности во времени - о кинетике испарения. Устройство для реализации способа, содержащее вакуумную камеру с системой откачки и напуска газа и системой контроля параметров среды, содержит двухэлектродный плоскостной электричес кий конденсатор, включенный в задающую цепь генератора высокочастотных электрических колебаний, выход которого под ключен к электррнносчетному частотомер имеющему цифровой выход, при этом один электрод конденсатора вьгполнен в 31 виде металлического капилляра, на торце которого расположена измеряемая капля, а другой - в виде соосного с капилляром металлического диска, причем торец капилляра и поверхность диска расположены в одной плоскости, На фиг. 1 приведена блок- ;хема установки| на фиг. 2 - электрический конденсатор, прямоугольная изометрия. Устройство содержит двухэлектродный плоскостной конденсатор 1, рабочую камеру 2, генератор 3 высокочастотных электрических колебаниЙ1 систему 4 откачки и напуска парогазовой среды , систему 5 контроля параметров среды, электронносчетный частотомер 6 с цифровьм выходом, металлический капилляр 7, металлический диск 9, измеряемую каплю жидкости 8, изоляционную прокладку 10. . Устройство работает следующим обра зом,Плоскостной двухэлектродный электрический конденсатор 1 (фиг. 1) размещен Б рабочей камере 2 так, что рабочее пространство камеры расположе- но между его электродами, и включен в задаюшу о цель генератора электрических колебаний 3 С помощью системы 4, со держащей вакуумный насос с ловушкой и баллоны с различными газами, откачтт- . saiOT парогазовую смесь из рабочей камеры и напускают вновь до заданных параметров (температура,давление), которые контролируются системой 5, содержащей термопару и ва1суумметр. Затем измеряется частота генератора 3 с помощью электронносчетного частотомера 6, который включен на выходе генератора и имеет цифровой выход, позволяющий регистрировать автоматически измеряемую частоту. Далее на торце капилляра 7 (фиг. 2) формируют каплю исследуемой жвдкости 8, емкость конденсатора, определяющая частоту генератора, будет определяться уже размерами капли. Электроды ко}щенсатора - капилляр 7 и соосный с -ним металлический диск 9, изолированы электрически друг от друга прокладкой 1О, торец капилляра и поверхность диска расположены в одной плоскости. Изменение часаоты с .течением времени испарения регистрируется частотомером. По разности первоначальной частоты и текущей определяют размер капли, используя градуировочную характеристику. По изменению разности во времени определяют изменение размера KajEW-B гассчйтывают такие параметры испарения, как скорослЬ коэффициента испарения и т.д.
Пример. Для измерения кинетики испарения капли воды с плоской поверхности изготавливают плоскостной электрический конденсатор. Одна обкладка конденсатора вьшолнена в виде капилляра из нержавеющей стали Х18Н9Т диаметром 2,016 мм, вторая - в виде диска из стали той же марки диаметром 160 мм.
Торец капилляра, на котором формируют каплю, и новерхность диска расположены Б-одной плоскости. Обкладки электрчески изолированы друг от друга с помощью прокладки из тефлона.Конценсаторг. включают в задающую цепь генератора электрических колебаний с собственной частотой 1О мГц таким образом, что измнение емкости ведет к изменению частот генератора..
Конденсатор размещают на нижнем фланце вакуумплотной рабочей камеры объемом 0,022 м , снабженной системой откачки и напуска парогазовой смеск, системой контроля параметров среды.-Система откачки и напуска содержит форвакуумный насос ВН-2МГ с азотной ловушкой, баллоны с различными газами и систему кранов, обрспечиваюших плавную откачку и напуск газа в . камеру. Система контроля содержит и медь-константовую термопару и ампервольтметр ФЗОдля измерения температуры в камере, ртутный вакуумметр для измерения давления
Перед началом измерений из камеры при помощи вакуумного насоса ВН-2МГ откачивают находящуюся в ней парогазовую смесь и напускают из баллона сухой чистый азот до давления 740 мм, рт. ст. Температура в камере, измеренная термопарой, 19,бС.
Далее измеряют частоту генератора электрических Колебаний с помощью электронносчетного цифрового частотомеpa ЧЗ-34А и формируют на торце капилляра каплю дистиллированной воды. При наличии капли в конденсаторе изменялась его емкость в зависимости от размера капли и измелялась частота генератора колебаний, которая также фиксируется частотомером через определенные промежутки времени.
Злектронносчетный частотомер через интерфейс ввода-вывода соединен с ЭВМ-15ВСМ-5. Информация об измерени с частотомера в цифровом виде, поступае в память ЭВМ и по мере накопления обрабатьшается по заданной программе.
По разностям первоначальной и текуих частот, используя градуировочную арактеристику, определяют размер капли ерез определенные промежутки времени (высота капли 1i ). Градуировочная харакеристика имеет ввд„ Ci- 2,2429 1 + 4,1500h де f- разность частот без капли в конденсаторе и с каплей кГи; Ц - высота капли, мм.
В эксперименте время между измерениями равно О,1 с. Погрешность измерения 0,004 мм (среднеквадратичное отклонение).
Зная изменение размера с течением времени, определяют характеристики испарения по формулам, которые описывают данную экспериментальную ситуацию (скорость, коэффициент испарения).
Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет значительно по высИть эффективность исследования про,цессов испарения жидких капель за счет повыщения быстродействия измерительной системы (1О измерений за 1 с и более, в то время как известный способ тре ет 1,5 ч для получения результата), увеличить точность измерения л/ в 2,5 раза по сравненшо с известным способом (погрешность измерения уменьщается до 0,004 мм). Применение способа и устройства позволит полностью автоматизировать процесс измерения и рбработки экспериментальных данных, так. как частота электрических колебаний генератора . несущая информацию о размере капли, об ° изменении размера, автоматически может измеряться частотомером и в цифровом виде либо регистрироваться автоматически на бумад е, либо непосредственно передаваться в память ЭВМ.
Кроме того, значительно упрощается конструкция экспериментальной установки за счет исключения необходимости в монтаже оптических вводов подсветки и фотографирования и соответственно тепловых фильтров.
Указанные преимущества позволят применять способ и устройство для исследования процессов темпломассообмена капель различных жидкостей и растворов, особенно быстропротекающих процессов, в аэродисперсных системах. Автоматизация измерения позволит реализовать эффективный контроль за размером капель в различных технологических устройств вах, например химической промыЩленности. б р е т е н и я Формула и 1. Способ измерения кинетики испарения жидкой каппи, основанный на опреде лении изменения линейного размера капли, помещенной Б парогазовую среду с заданными параметрами, отличающийся тем, что, с целью повьпиения эффективности и точности измерения литакже обеспенейного размера кадли, а чения возможности автоматизации процес са измерения, парогазовую среду с задан ньши параметрами создают между электр дами электрического конденсатора, измер ют его емкость, затем на один из электродов помещают каплю жидкости, вновь измеряют емкость образованного конденсатора и по разности полученных значений судят о линейном размере капли, а по изменению зачэй разности во времени о кинетике испарения. 2s Устройство для реализации способа содержащее вакуумную камеру с системой откачки и напуска газа и системой контроля параметров среды, о т л и чаюшееся тем, что, оно содержит 9 1 двухэлектродный -плоскостной электричес- . кий конденсатор, включенный в задающую цепь генератора высокочастотных электрических колебаний, выход которого подключен к электронносчетному ч тотомеру, имеющему цифровой выход, при этом один электрод конденсатора выполнен в виде металлического капилляра, на торце которого расположена измеряемая капля, а другой - в виде соосного с капилляром металлического диска, причем торец капилляра поверхность диска расположены в одной плоскости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дунский В. Ф., .Янков Ю. В. Медленное испарение капель раствора. Инженерофизический i журнал, т. ХХХ1У, 1978, № 2, с. 205-211. 2.Шиманский Ю. И. и др. Экспериментальное исследование скорости испарения капель воды в атмосфере воздуха и углекислого газа в условиях термоста- тирования поверхности капли. - Украинский физический журнал, т. 17, 1972, № 9, с. 1528-1534 (прототип).
Фиг. 1
Фиг,.
