Стенд для испытания движения жидкости и газа в проницаемых материалах

 

1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА В ПРОНИЦАЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащий напорную емкость для испытательной жидкости, ко-торая соединена через блок очистки и блок датчиков расхода с камерой для образца, выполненной в виде двух труб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала и заключе-, на в корпус с отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок регуляторов рас.хода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности испытаний, напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления через двухходовые клапаны, а одна из труб камеры для образца через запорный клапан соединена с байпасной трубой, которая посредством сужающего элемента соединена со сливной емкостью в верхней ее части, а над проницаемой час- , тЬю первой трубы камеры для образца дополнительно установлена пористая сл пластина, снабженная одной или несколькими трубками, соединенными с линией подвода газа или жидкости. 2. Стенд ПОП.1, отличающийся тем, что относительно проницаемой части первой трубы камеры для образца коаксиально и с зазо1 ел ром установлен трубчатый пористый элемент. О1

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

О9) .Э (и) 1

3(59 6 01 М 15/08

/ )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3618464/24-25 (22) 11.07.83 (46) 23. 11.84. Бюл.143 (72) В.М.Поляев, Ю.Н.Панкратьев и А.Л.Синцов (71) МВТУ им. Н.Э.Баумана (53) 539.217.1(088.8) (56) 1. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении.. М., "Машиностроение", 1981, с. 147-157.

2. Авторское свидетельство СССР

-920473, кл. -G 01 ы 15/08, 1982 (прототип). (54)(57) 1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА В ПРОНИЦАЕМЫХ

МАТЕРИАЛАХ, содержащий напорную емкость для испытательной жидкости, ко торая соединена через блок очистки и блок датчиков расхода с камерой для образца, выполненной в виде двух труб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала и заключе-; на в корпус с отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок регуляторов расхода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления, о т л и ч а ющ и и c я тем, что, с целью повышения эффективности испытаний, напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления через двухходовые клапаны, а одна из труб камеры для образца через запорный клапан соединена с байпасной трубой, которая посредством сужающего элемента соединена со сливной емкостью в верхней ее части, а над проницаемой частЪю первой трубы камеры для образца дополнительно установлена пористая пластина, снабженная одной или несколькими трубками, соединенными ( с линией подвода газа или жидкости.

Р

2. Стенд по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что относительно проницаемой части первой трубы камеры для образца коаксиально и с зазором установлен трубчатый пористый элемент.

1125511!

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к устройствам для гидродинамических испытаний, и может быть использовано для изучения характера движения газа, жидкости или двухфазных потоков через проницаемые материалы.

Известна установка для испытаний движения жидкости и газа в прони-. цаемых материалах (1 ). 1Q

Однако при проведении гидравлических испытаний пористых металлов необходимо в качестве рабочих жидкостей испольэовать ядовитые и взрывоопасные жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому является стенд для испьггания движения жидкости и газа в проницаемых материалах, содержащ1 и напорную емкость для испытательной жидкости, 20 которая соединена через блок очистки и блок датчиков расхода с камерой для образца, выполненной в виде двух труб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой 25 трубы камеры для образца изготовлена из проницаемого материала и заключена в корпус с отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок qg регуляторов расхода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления 523.

Недостатками известного стенда являются невысокая эффективность испытаний, которая обусловлена длительностью подготовки стенда к испытаниям, сложность проведения испытаний проницаемых материалов при однофазном и двухфазном режимах течения жидкости, а также не воэможность моделирования режимов двухфазного течения жидкости.

Цель изобретения — повышение зффекгивности испытаний.

Указанная цель достигается тем, что в стенде для испытания движения жидкости и газа в проницаемых материалах, содержащем напорную емКОСТЬ ДЛЯ ИСПо!ТаТЕЛЬНОИ ЖИДКО(ТИ > которая соединена через блок очистки и блок датчиков расхода с камерой для образца, выполненной в виде двух труб, между торцами которых размещен образец, причем часть первой трубы камеры для образца изготовлена пз проницаемого материала и заключена в корпус с Отверстиями для подвода газа или жидкости, вторая труба камеры для образца через блок регуляторов расхода соединена со сливной емкостью, при этом напорная и сливная емкости соединены с источниками вакуума и давления, указанные емкости соединены с источниками вакуума и давления через двухходовые клапаны, а одна из труб камеры дпя образца через запорный клапан соединена с байпасной трубой, которая посредством сужающего элемента соединена со сливной емкостью в верхней ее части, а над проницаемой частью первой трубы камеры для Образца дополнительно установлена

-пористая пластина, снабженная одной или несколькими трубками, соединенными с линией подвода газа-или жидкости.

Кроме того, относительно проницаемой части первой трубки камеры для образца коаксиально и с зазором установлен трубчатый пористый элемент.

Для интенсификации испытаний возможно выполнение камеры для образца в виде нескольких равных отрезков труб, установленных последовательно, между торцами которых закреплены образцы, а в промежутках, на равных расстояниях от них, выполнены отверстия для отбора давления °

На фиг,1 изображен предложенный стенд; на фиг.2 и 3 — соединение байпасной трубы со сливной емкостью, варианты; на фиг.4 — генератор пузырьков, вариант исполнения; на фиг.5 камера образца; на фиг.б — вариант крепления трубчатого элемента в камере.

Стенд для испытания движения жидкости и газа в проницаемых материалах содержит напорную емкость 1 с испытательной жидкостью 2 и предохранительным клапаном 3. Двухходовый клапан 4, в зависимости От режима работы, соединен или с источником давления Рн или с источником вакуума Р,д . Напорная емкость 1 соединена трубопроводом с блоком очистки, состоящим из фильт ров 5 (тонкость фильтрации фильтров одного порядка со средним диаметром пор испытываемого образца) и датчика

6 перепада давления, снгнализирующего о засорении блока очистки. Блок Очистки подсоединен к блоку датчиков расхода, который содержит отсечные клапаны и набор датчиков 8-10 рас3 11255 г хода. Стенд содержит также отсечной клапан 11. Через фильтр 12 (тонкость фильтрации в 2-3 раза меньше среднего диаметра пор образца предназначена для фильтрации микрочастиц износа, образующихся при работе отсечных клапанов 7 и датчиков 8-10 расхода). блок датчиков расхода соединен с камерой

13 образца, которая, в свою очередь, через отсечной клапан 11 и блок ре- 10 гуляторов 14-16 расхода подсоединена к сливной емкости 17 в ее нижней части. Сливная емкость 17 снабжена предохранительным 18 и двухходовым 19 клапанами, последний может быть сое- 15 динен или с источником давления Р или с источником вакуума Р . Байпасная труба 20 с отсечным клапаном 21 подсоединена параллельно камере 13 для образца к нижней части напорной 20 емкости 1 и к верхней части сливной емкости 17 и снабжена сужающим элементом 22, причем сужающий элемент в одном случае (фиг.2) может быть выполнен в виде трубки Вентури, сое- 25 диненной со сливной емкостью 17 по сечению с минимальным статическим давлением, а в другом варианте (фиг.3) в виде распыливающей форсунки, когда на деаэрации испытательной 30

I жидкости 2 предъявляются менее жесткие требования. Трубопровод 23 (фиг.1) с отсечным клапаном 24 предназначен для обратной перекачки испытательной жидкости 2 из слив- З5 ной емкости 17 в напорную емкость 1.

Генератор пузырьков (фиг.4) пред— ставляет собой тройник 25, одна из стенок которого выполнена прозрачной (для визуального наблюдения 40 и регистрации), к другим концам тройника подсоединены линия подвода газа с запорным элементом 26 датчиком 27 расхода газа, регулятором

28 расхода и линия 29 подвода жид- 45 кости с запорным элементом, датчиком

30 расхода и регулятором 31 расхода.

Кинокамера 32 и осветитель 33 предназначены для регистрации объема газового пузырька 34 (или капли 50 жидкости) и определения частоты следования.

Камера 13 образца (фиг.5 и 1) содержит пористую трубу 35, заключенную в корпус 36 с отверстием 37 для 55 подвода газа или жидкости. Коаксиально и с зазором относительна. пористой трубь; 35 закреплен трубчатый элемент

11 4

38, а перед пористой трубой 35 герметично установлена пористая пластина 39, снабженная трубкой 40, Для визуального контроля и регистрации структуры двухфазного потока предназначены иллюминаторы 4 1. Испытываемые пористые образцы 42-44 герме тично закреплены между торцами труб, имеющих на равном расстоянии от плоскости образцов отверстия 4548 для отбора давления, Стенд работает следующим образом.

После заправки напорной емкости испытательной жидкостью 2 к напорной емкости 1 через двухходовой клапан 4 подключается источник давления Ря, а к сливной емкости 17 аналогично источник вакуума Р с, например жидкостной эжектор. После открытия отсечного клапана 21 происходит перекачка испытательной жидкости 2 по байпасной трубе 20 через сужающий элемент 22, например трубу Вентури. Поскольку трубка Вентури подсоединена к сливной емкости

17 сечением с минимальным статическим давлением, то уже в этом сечении происходит выделение газа, а истечение в вакуум полностью диазирует жидкость.

Так как происходит распыл жидкости и падение ее капель с высоты сливной о емкости в вакуум, то время дегазации определяется только временем опорожнечия емкости. 1, На следующем этапе сливная емкость 17 соединяется с источником давления Р, а напорная емкость 1 при открытых 7 и закрытом 11 клапанах вакуумируется Р „ после открытия клапана 24 происходит опорожнение сливной емкости 17 и заполне— ние напорной емкости 1, трубопроводов, блоков очистки, блока датчиков расхода и камеры 13 образца испытательной жидкостью 2. Заполнение напорной емкости 1 на этом этапе, с целью более полной дегазации, можно осуществить аналогично предыдущему этапу, е. трубопровод 23 с отсечным клапаном 24 выполнить в виде второй байпасной трубы, подключив последнюю к верхней части напорной емкости 1 через форсунку. По заполнении напорной емкости 1 клапаны 24, 21 и 7 закрываются, сливная емкость вакуумируется, напорная емкость соединяется с источником давления, после чего стенд готов к испытаниям.

1125511

После установки соответствующего режима течепия, кта обеспечивается электрической СВ>>sью >,.тчиков расхода с соответствующими регуляторами расхода, например 8 с 14, 9 с 15, 10 с

16 » П17и открытии клапанов 7 и l1, жидкость 2 под действием разности давления между напорной емкасть1о 1 и сливной емкость)о 17 протекает через камеру 13 образца.

При этом возможно моделирование следу)ощих течений.

Темениc: Однофазпой жидкости через образцы 42--44. В этом случае необходимо заглушить отверстие 37 и атверс- 5 тие в трубке 40.

Te«IciIHe Од :офазнай жидкости с одино 1«ь1ми газовыми пуз>,1рька1«1. Генератор пузырьков подкл)очен. к трубке 40, f я отверстие 37 заглушена. Часто a следования пузырьков и их размеры

ОпределsiloTC si сООтветствуlощей нястрОЙ

1 кои регуляторов 28 и 30 расхода., дан«".1с величины фиксиру)отся кинокамерой 32 Б проходящем свете.

Пористая пластина 39 создает равномерный (турбулентный) профиль скорости и сглаз;.H>01(-.т возмущение,, воз-никспоцес > з зя труа (и ЯО „«ITO 1(редОт в я1)1яе"" (7С)!илллц"ю гяsoBorа пузь)рька 34 при его атрь)«se ат отверстия трубки 40.

jlI1v>.(!Jasíoo тече(гие с пузьп>ькОБОЙ струк- урой пот)зка „ lерез отверстие

27 осуществ;) ен ЛОдвОд rasa к парис- 35 тс:- . трубе 35 or регулятора 28 расхоца генератора пузыр1.ков. Газосацет>жяние д:вухфазнага потока измеHJIет(л в ЯБис1 "Îñòè ат настройки регулятора 28 р:cхода. Параметры 4(! и с l руктуря па: "к;1 ф>п((иру)отся 11о пока зянплм алак(! дятчикОБ paсхОдэ. жидкости и датч»>((1 ?7 рас (O a газа, а гякже ) ерез ил(ном11няторы 4 камеPI- °

Двухфазное течение са снарядной, кольцевой (,"не«очной) структурой

Пс (-ОКЯ

От )Iи -" ".((.=1! I íà, 0: об P Ii)iocT0 дан

НЫХ О ЧЕН!)Й вЂ” ".Х )ЕУСТОЙ IHT)OCTÜ .. (1ТО И О) IP Д(:>)11СТ ТРУД) -.ОСТH ПРИ I7( мсде1«1рана)-:-:-;;1. Папболее просто моp; )1 Iрустс(I c I я)>лд>"ый p -жим хотя

В 1; (I К O! T OP Ь . . . У Ч (1 IX П Р 0 И СХ ОД! ИТ В a S P У"" шение пуз):,!рей .i пеаеход к пузырька- б«

О)е «гГ111 ICDJ> Y.тlßВО(i !" Гр тK оура1 Па Т ОКЯ !!Я>111«1И е: о р-,-б «1атQ г Q s )i å11åíò ß 3 8 Б ка;.;:-" р(- 13 110згал>-ет избежать этих труднастей. При моделировании этих режимов испыта" åëüíàÿ жидкость 2 подается через отверстие 37 и пористую трубу 35 в зазор Р, а подача газа в камеру 13 осуществляется или через фильтр 12, стсоединенный ат трубопровода, или через трубку 40. 1> зависиНос! è от соотношения расхоцав газа и >1(идкости няблюдя)отся или снарядный или кольцевой режимы. 1!Яличие трубчатого элемента 38 создает устойчивое течение жидкости Вдоль сте«OK камеры, Толщина riJIe«1(H жидкости 5 на стенке камеры регулируется соответствующим изменениям наружного 51 и внутре«него 52 диаметров па длине труб 1атого элемента 38.

При падаче газя через отверстие

37 Ilp» определенном расхсдс жидкости

А017мируется поток T»ila "свободная

r! струя за счет оттеснения жидкости газам от стенок камер!>!., С целью повышения устойчивости струи, стенка

49 трубчатого элемента 38 выполнена пористой,, что при Определенном зазо.7е дает возможность газу из за— заря дополнительно перетeKaт:" через паристyE ст-)пкy -)9 и фОрми)70БЯть поверхность 53 разде11 струи .пре.-ятствуя соприкосновению жицкост» 2

;о сте>(ками камеры l3 Вплоть до аб)>азца 42. Поскольку на фарм«.рова«не

1 гран 1цы раздела фаз наибольшее вл)1яние оказывает изменение гид равли-Iåñких сопротивлений пор»стаи трубы

35 и парис. ой ст=íêH 49, а их велигины определяются как толщиной пористого материала, "aK и его пронипяемос )ь1о, то толшины и проницаемости пористой трубы 35 и пористой с.тенки -49 могут быуь БыпОлнеьlы Iipl>емспными па дли камеры 1 3, 1) оскол>iKy Iiaiio OJII!éHÉ

Ф 11 интерес прецставляет нятекяние свободной струи" жидкости Ho+ Dasili:AH угл.тми =.-якла;-!ai, та образец - .. может

/ ) быть установ.:ен в каморе 13 пад ра"-ны))и углами к оси после lней.

Цлина 1, .(ру)бчатаг() э>)Р " ll 3(ЗЯВ«1сит:-!" диаметра «;Ям рз! 13. Я Оп— тимальные рас-.таяния от ка«ця трубча"ого емента 38 до 1Л,:ск(СTH 06pasца 43 1явислт От режима течения, Отношение ВСЛ11чи11ы заза)ia с! к Бли-!

) е T17 уб .1Я" 1 С! 7„ 1еме Н > 8 1 011;"()10 хдо).летн >рлть нерclIJ(1)lc TIJy (- ! ()0 ! o,"äa перетекания В(е(.- Об1,э-М(1 »CHI!ITaT(i) 1>1 "7™ " !)KOCTIë Б

1125511 сливную емкость 17 весь цикл повторяется °

Использование предложенного стенда дает возможность получить досто- 5 верные экспериментальные данные по течению жидкостей, газов двухфазных потоков через проницаемые материалы при небольших э тратах времени на деаэрацию жидкостей. Предлагаемый стенд позволяет моделировать и исследовать двухфазные потоки (жидкость +

+газ) при течении в элементах конструкций транспортных средств, энергетического оборудования и на этой основе создать более совершенные фильтры, сепараторы, перспективные конструкции теплообменников.

1 l2551 1

/7ойтиа жкВости

%C/8. 4 — Ф д

/7пФ8оа га;та —,.д,(.=,.-.) —, .,7

Ж Г," Гд

Л

1 д %ЫУаР

ЖИЛ Ж г7РУ

l125511

Составитель Е. Карманова

Редактор A. Мотьль Терре.:s if, il:-дв Еорректор И. Зрдейи

Заказ 8530/31 Тира:к 82 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета ССОР по делаи изобретени"! и открыл ий

113035, Москва,, Ж-35, Раушская нао., д„4 5

Филиал ППП "Патент"„ г,. Уясгород, ул. Проектная 4