Способ определения скорости потока в проницаемых средах, преимущественно в зернистом слое

 

1.. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА В ПРОНИЦАЕМЫХ СРЕДАХ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ, включающий введение в поток сорбирующегося вещества, проведение прокачки исследуемой среды потоком известной скорости и измерение распределения сорбирующегося вещества в среде, по которому определяют скорость потока в проницаемой среде, о т л и - . чающийся тем, что, с целью повышения точности, проводят повторную прокачку среды потокрм другой известной скорости, а распределение сорбирующего вещества в проницаемой среде определяют путем обработки фрагментов среды растворителем и измерения содержания сорбирующегося вец ства в растворителе, при этом в сорбирующегося вещества используют радиоактивное вещество, а скорость определяют по формуле у()1с(), где V(h) - скорость потока в точке с координатой г, м/с, С(г) - концентрация сорбирующегося вещества в точке проницаемой среды с координатой , г/см. m ,1с постоянные , определяемые из формул ,|of(r,.(,as, О) где G, - массовая скорость потока через все сечение проницаемого материала, 5 г/с, f - плотность потока, г/см, е - пористость проницаемой среды , 1,2 - индексы относящиеся к первой и второй прокачкам. 2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве радиоактивного вещества используют вС-активное вещество, а в качестве растворителя - азотную кислоту. 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 С 01 Р 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

5 S

Я 1 1tfn 1m с„. (г) >aS

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3324684/18-10 (22) 17.07 ° 81 (46) 23.03.83. Бюл. Р 11 (72) В.П.Исаков, A ;Ï.Образцов, . В.Н.Федосеев и О.И.Шанин (53) 532.574(б88.8) (56)M.Э.Азров, О.M.Тодес; Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным зернистым слоем.

Л., "Химия", 1968, с. 114-118 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА В ПРОНИЦАЕМЫХ СРЕДАХ, ПРЕИМУЦЕСТВЕННО В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ, включающий введение в поток сорбирующегося вещества, проведение прокачки исследуемой среды потоком известной скорости и измерение распределения сорбирующегося вещеетва в среде, по которому определяют скорость потока в проницаемой среде, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, проводят повторную прокачку среды потоком другой известной скорости, а распределение сорбирующего вещества в проницаемой среде определяют путем обработки фрагментов среды растворителем и измерения содержания сорбирующегося ве щества в растворителе, при этом в качестве сорбирующегося вещества исполь,SU„„ 7013 А зуют радиоактивное вещество, а скорость определяют по формуле

МР1=(с()/t) где Ч() — скорость потока в точке с координатой Г, м/с, (г ) — концентрация сорбирующегося вещества в точкепроницаемой среды с координатой, г/см 3, m,lc — постоянные, определяемые из формул

1 2 (У) = 2 c„" p)as, S где 6 — массовая скорость потока через все сечение проницаемого материала, 5 г/с, р - плотность потока, г/смз — HopHcTocTb проницаемой средыу

1,2 - индексы относящиеся,к первой и второй прокачкам.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве радиоактивного вещества используют g-активное вещество, а в качестве растворителя — азотную кислоту.

1007013

15 ч(ю (=() (5(или

Изобретение относится к гидрогазодинамическим исследованиям и может быть использовано при измерении распределения потока в проницаемых средах, -например в доменных печах, теплообменниках, химических реакторах, моделях ядерного реактора с топливом в виде проницаемого слоя.

Пря(ые гидрогазодинамические измерения в проницаемых средах, например измерение распределения скорости в зернистом слое, затруднены. По этой причине на практике прибегают к косвенным измерениям, моделируя процессы гидрогазодинамики..

Наиболее близким к изобретению по

I технической сущности является способ определения скорости потока в проницаемых средах, преимущественно в зернистом слое, включающий введение в поток сорбирующегося вещества, проведение прокачки исследуемой среды потоком известной скорости и измерение распределения сорбирующегося вещества в среде, согласно которому определяют скорость потока. Поток воздуха,в который введен сероводород, прокачивается через слой зерен, пропитанных ацетатом свинца. Белая поверхность зерен при этом чернеет и фиксируется фронт сорбции. Скорость про-З0 движения фронта сорбции оказывалась пропорциональной скорости продуваемого воздуха и много меньше последней 513.

Недоста-.ком известного способа 35 является низкая точность измерений скорости, обусловленная визуальным методом измерений скорости, поскольку четкий окрашенный фронт сорбции получается лишь при невысокой линей-. 40 ной скорости газа, а при высоких скоростях газа становится размытым.

Целью изобретения является повышение точности определения скоростей в проницаемой среде.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения скорости потока в проницаемых средах, преимущественно в зернистом слое, включающему введение в поток сорбирующегося вещества, проведение прокачки исследуемой среды потоком известной скорости и измерение распределения сорбирующегося вещества в среде, по которому определяют ско55 рость потока в проницаемой среде, проводят повторную прокачку среды потоком другой известной скорости, а распределение сорбирующегося вещества в проницаемой среде определяют . 60 путем обработки фрагментов среды растворителем и измерения содержания сорбирующегося вещества в растворителе, при этом в качестве сорбирующегося вещества используют радиоак- 65 тивное вещество, а скорость определяют по формуле ч((»-)=(с(г )/ ) ) (1) где Ч (» ) — скорость потока в точке с координатой », м/с, С(г) — концентрация сорбирующегося вещества в точке проницаемой среды с координатой г, г/см фь 3

»п,% — постоянные, определяемые из формул, 2 () И 42 С1 (» ) ; (2)

3 Я

qfm - 1»" ()р ) ()

В где E, — пористость проницаемой среды, C, — массовая скорость потока через все сечение проницаемого материала, 5, г/с, р — плотность потока, г/см, 1, 2 — индексы, относящиеся к первой и второй прокачкам.

При этом в качестве радиоактивного вещества используют о -активное вещество, а в качестве растворителя— азотную кислоту.

В результате экспериментов строится распределение концентрации aL-активного вещества С (r ) по всему сечению проницаемой среды. Распределение С (г ) будет пропорционально распределению эквивалентного диффузионного критерия Нусельта

/ 8 U (» )= —

Э в где p — коэффициент массообмена; б — эквивалентный диаметр час-. тицы или капилляра, коэффициент диффузии.

Эквивалентное диффузионное число

Нусельта следующим образом зависит от эквивалентного числа Рейнольдса

Re> в диапазоне P = 1-10000

Nvý () = tо R e э (4

I где Ко — коэффициент пропорциональностии, Выделяя в формуле (4 ) зависимость концентрации сорбирующегося вещества

C(v ) от скорости в данной точке 1/(») и собирая все постоянные (эквивалентный диаметр cly пористость среды Е, вязкость и т.д. ) в одну, можно показ ать, что

С(» )= kV (» ), где К вЂ” некоторая размерная постоянная, 1007013

S 5

Проводя эксперименты при двух различ.. ных массовых расходах С и G2 и беря их отношение, получим

С, С2 ()ggg =G2 с (- ) й5 (g) 10

"(ш 1/т

5 S

Решить уравнение (6 ) относительно .rn можно либо составив специальную программу для 3ВМ, либо приближенно, графически.

Процедура вычисления пз в уравнении (6 ) производится лишь один раэ для данного проницаемого материала и дан ного газа или жидкости во всем диапа-20 ,зоне измерений Re =1-10000 °

Постоянную К находим из уравнения формулам (21) и (3) вычислялись коэф25 Фициенты tn графически и К, которые получились равными tn =0,62, K=2,38" ф10 . Далее по формуле (1) строились распределения скорости по радиусу трубы (фиг.2) для двух расходов .кривая 1 — для расхода G,„-=5 г/с, кривая 2 — для расхода аргойа 1 2=5,5 г/с..

Из графика С (r Я} (фиг.1) видна хорошая воспроизводимость экспериментов — разброс опытных точек не превышал 104. Дополнительная погрешность, связанная с введением зависимости между эквивалентным диффузионным числом Нусельта и эквивалентным числом

Рейнольдса, не превышает 20%. Таким образом, общая погрешность метода в

40 диапазоне Re> =1-10000 не превышает

ЗОЪ, в то время как известный способ имеет погрешность 100% при Re =15-20. о"„ (у ) 835

Скорость связана с массовым расходом через все сечение проницаемой среды: с= —" ц(Р)еаь () aas

Таким образом, зная постоянную К и .показатель степени, можно по формуле (1 ) вычислить распределение скорости потока по сечению проницаемой среды е

Повышение точности экспериментов по определению скоростей потока достигается за счет высокой точности измерения концентрации сорбирующегося вещества, т. е. с(-активного вещества, aL-счетчиком и использования новой методики расчета.

На фиг.1 и 2 изображены экспериментальные зависимости концентрации С (/R) (Фиг.1) и скорости U(r) потока в засыпке шаров по радиусу трубы

C tO, г(СИ3 (фиг.2 ) для двух значений массовой скорости, где г. — текущий радиус, R — - радиус трубы.

Пример. Засыпку металлических шаров диаметром 4,.5 мм в трубе, установленной вертикально, с внутренним диаметром 60 мм обдували аргоном при 40 С. Длина засыпки 45 мм. После установления гидродинамического режима в поток эжектировали гексафторид урана при концентрации гексафторида в потоке 2. Продувки осуществляли в течение 1 мин. После окончания продувки с массовой скоростью по аргону 5 r/c засыпка послойно разбиралась и строилось распределение концентрации урана C(rtR) по радиусу трубы в интересующем сечении путем обработки отдельных шаров азотной кислотой и измерения oL-активности раствора (фиг. 1, кривая 1) .

Аналогичные измерения были проведены для массовой скорости аргона

5,5 г/с (кривая 2 на фиг.1). По

04 Цб

Фиг 1

1007013

g л/

È8 N

Составитель Ю. Власов

Редактор О.Половка Техред М.Коштура Корректор А..Повх

Заказ 2130/б& Тираж 871 Поддисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по о делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. / .4 5

Филиал ППП "ПатеНт" г.ужгород, ул.Проектная, 4