Способ измерения спектра проекции завихренности пульсаций скорости в проводящих жидких средах
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРА ПРОЕКЦИИ ЗАВИХРЕННОСТИ ПУЛЬСАЦИЙ СКОРОСТИ В проводящф ; жидких СРЕДАХ, включащий создание в исследуемой среде однородного магнитного поля и измерение с помощью расположенных в среде электродов разности потеихщалов наводимого электрического поля, отличающийся тем, что, с целью пов1лпения точности измерений, вдоль направления вектора магнитной индукции располагают два электрода, по измеренной разности потенциалов находят проекцию градиента потенциала и спектральную плотность мощности сначала в потоке с известным спектром проекции завихренности , получают тарировочную функцию , затем находят проекцию градиеита потенциала и спектральную плотность мощностк в исследуемом потоке, а искомый спектр завихренности исследуемого потока получают путем деления полученных результатов на тарировочную функцию.
г
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
CIUNII
РЕСПУБЛИК ае 01) (51 G 01 Р 5/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И, ОТКРЫТИЙ (21) 3486068/18-10 (22) 25.06 ° 82 (46) 23..06.84. Бюл. В 23 (72) А.М.Харенко (53) 532.574(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
У 822038, кл. 6 01 P 5/00, 1979.
2. Вопию А.А., Колесников Ю.Б.
Метод измерения завихренности и некоторые масштабы пвумевной тувбулентности в магнитном поле.".Магнитная гидродинамика", 1980,, В 4, с. 58-62 (прототип).
1 (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ CIIEKTPA
ПРОЕКЦИИ ЗАВИХРЕННОСТИ ПУЛЬСАЦИЙ
СКОРОСТИ В ПРОВОДЯЩИХ ЖИДКИХ СРЕДАХ, включащий создание в исследуемой .среде однородного магнитного поля и измерение с помощью распьпоженных в среде электродов разности потенциалов наводимого электрического поля, отличающийся тем, что, с целью повьнпения точности измерений, вдоль направления вектора магнитной индукции располагают два электрода, по измеренной разности потенциалов находят проекцию градиента потенциала и спектральную плотность мощности сначала в потоке с известным спектром проекции завихренности, получают тарировочную функцию, затем находят проекцию rp ea та потенциала и спектральную плотность мощностк в исследуемом потоке, Е а искомый спектр завихренности исследуемого потока получают путем де- Ц ф лення полученных результатов на тари- ф ровочную функцию.
1099285
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения характеристик эавихренностк пульсаций скорости электропроводящих жидких сред в трубах и накалах с токонепроводящими стенками.
Известен способ измерения завихренности, основанный на связи характеристик акустических волн, излучаемых в поток, с его завихренностью (1) .
Недостатком этого способа является невозможность измерения с помощью него завихренности в турбулентных потоках.
Наиболее близким по технической ,сущности к изобретению является способ измерения завихренности пульса ций скорости в проводящих жидких средах, включающий создание в исследуемой среде однородного магнитного по- 2О ля и измерение с помощью расположенных в среде электродов разности потенциалов наводимого, электрического поля f2) .
Недостатком известного способа является низкая точность измерения, связанная с необходимостью иметь большое количество электродов (не менее семи), которые искажают поток. . 30
Цель изобретения - повышение точности измерений.
Поставленная цель достигается тем„ что согласно способу измерения спектра проекций завикренности пульсаций скорости в проводящих жидких средах, 3$ включающему создание в исследуемой среде однородного магнитного поля, и измерение с помощью расположенных в среде электродов разности потенци; алов наводимого электрического поля, вдоль направления вектора магнитной" индукции располагают два электрода, по измеренной разности потенциалов находят проекцню.градиента"потенциала и спектральную плотность мощности сначала в потоке .с известным спектром проекции завнхренйости, получают тарировочную функцию, а затем находят проекцию градиента потенциала и спектральную плотность мощности в исследуемом потоке, а искомый спектр завихренности исследуемого потока получают путем деления полученных результатов ка тарировочную функцию.
На фиг. 1 показано расположение в исследуемой среде двух электродов вдоль направления вектора магнитной индукции У; на фнт. 2 — полученные экспериментально значения спектральной плотности мощности С (К;„) и спектр проекции завихренности.
Способ измерения спектра проекции завихренности пульсаций скорости основан на том, что нри движении проводящей жидкости в однородном постоянном магнитном поле возникает электродвижущая сила, связанная с потенциалом U и проекцией вихря скорости Ч по направлению магнитной индукции В соотношением
61Х В гоевЧЭ (1) где а - лапласйан.
Экспериментально с помощью близкорасположенных электродов, находящихся в потоке, измеряется лапласиан потенциала, который пропорционален проекции завнхренности скорости. Для измерения лапласиана потенпкала вводят в поток два электрода, расположенных один от другого на заданном расстоянии в пределах одного вихря.
Решая уравнение (1) и определяя на основе этого решения спектральную плотно„ть мощности градиента, потенциала С 1 (К„) и спектральную плоткость мощности проекции завихренности 6 (K„), получаем их связь между собой в следукицем виде: (Кy) 6 G(Ky) /Нвв/ (Ky) ° (2) где К вЂ” проекция волнового вектора на направление средней скорости.
Таким образом, одномерный спектр градиента потенциала G (Ky) на направление индукции магнктного поля связан с одномерньп4 спектром G(Kv) проекции завихренности. через функцию
/Нвв/ (К ), зависящую от волнового числа Ку è области Д.
Функция
/Н„/ (К„)-Ц а,П Р, (,/ )F (e8/ra) S не зависит от структуры потока, так как характеристики потока в ее опре-.. делении не участвуют (F - преобразо
И. вание фурье; r : проекция радиусвектора r на направление индукции магнитного поля)..
В случае, если измерения выполняют достаточно далеко от границ потока, функция /Н в/ (К„) не зависит от области g ..
3 1099
Функцию /И / (К ) определяют как тарировочную функцию по результатам измерений спектра проекции градиента ,потенциала в потоке с известным спектром проекции завихренности.
Способ осуществляют следующим образом.
Поток с известным спектром проек- ции завихренности помещают в однородное магнитное поле, при этом в нем 10 возникает ЭДС, связанная с завихренностью скорости согласно уравнению (1). В поток устанавливают два электрода для сзятия разности потен,Ф I ,циалов между точками, расположенными вдоль одной магнитной силовой линии на расстоянии один от другого. Проекцию градиента потенциала вычисляют с использованием конечноразностной арпроксимации согласно
Ч ч выражению - = — и находят спекте ае ральную плотность мощности проекции градиента потенциала G (f< ) как функции частоты. Затем переходят от функции С(1,) к спектральной плотности С(К;„).как функции проекции волнового числа на направление средней скорости.
Определяют тарировочную функцию
/H eD/ (К;„), например, путем деления З
G„(K;„) /6(К,) .
Результаты аппроксимируют непрерывной функцией, чтобы иметь значения тарировочной функции при любых значениях К> в исследуемом диапазоне.
Корректируют оценки спектральной
35 плотности мощности, полученные в ,исследуемом потоку, делением их зна; чений на тарировочную функцию. Аппроксимируют результаты непрерывной функцией.
Способ применен для измерения проекции эавихренности скорости в круглой трубе с внутренним диаметром
9,8. 10 м, изготовленной иэ полимер-
285 ного материала, чтобы не искажалась наведенная ЭДС. Внешнее магнитное поле создавалось С-образным электромагнитом с размерами наконечников
0,9х0,1) м, который создавал однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл.
Переход от спектральной плотности мощности С (Е;.) к спектральной плотности мощности JG(K „) выполняется по формулам
V, 2иf;
2» "> 7 — G(r ) =С(К ) ° К где V — - средняя скорость потока в центре.
На фиг. 2 приведены полученные значения спектральной плотности мощности G>(K „), а также спектр проекции завихренности для инерционного интервала, в котором он пропорциона Для определения тарировочной .функции /Н,/ {K>) графики построены в логарифмическом масштабе, т.е. по оси ординат отложено lg G(K<„), по оси абсцисс — 1g K;„. На этом же графике построен известйый спектр, проекции завихренности 1 и разница между точками функции С„(К;„) — 2 и G(K>) — 1. Эта разница есть 8g /Н в/ (К;„) (кривая 3) . Точки 4 полученных оценок градиента потенциала Сц(К;„) затем смещали вверх на величину расстояния между линией единицы и значением тарировочной функции для каждой точки. Полученные точки аппроксимировали непрерывной кривой 5, которая представляет собой спектр проекции завихренности скорости в центре потока при числе Рейнольдса 6,0х10 . Преимущество данного способа по сравнению с известным заключается в повышении точности измерения спектра проекции завихренности. 1099285 Составитель Л.Иариан Редактор И.Николайчук Техред А. Ам Корректор И.Зрдейи ВЭЮЮИЮ Ю и Ю Заказ 4366/38 йюрак 823 Подйисное ВНИИПИ Государственного комитета СССР. ао делам изобретений и открмтий 113035, Москва, Ж-35, Рауиская иаб., д. 4/5 ЮЮМ ВФЮЮ Ю o ю вЮ Ф М ° Ю ВВ М ВМ ЮЮ «Ю Филиал ППП "Патент", г.уагород, ул.Проектная, 4
