Устройство для регулирования скорости потока газа

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ПОТ01СА ГАЗА, содер; жащее резонирующую камеру и источник акустических колебаний, резо .нирующая камера выполнена в виде трубы , вход которой подключен к выходу источника акустических колебаний, , а выход связан с потоком газа, о тли чающееся тем, что, с це- . лью повышения точности и надежности , источник акустических колебаний, выполнен в виде пары электродов, один из которых установлен внутри резонирукяцей камеры, а другой - по ее периметру снарзпки, и источника высокочастотных амшштудно-модулированных колебаний, выходы которого подключены к электродам. (Л

(19> (И>

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

О А (д) С 05 D 7/.06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3660862/24-24 (22) 05.11.83 (46) 07.03.85. Бюл. 9 9 (72). В.С. Астромскис, К.И, Рагульскис, А.К. Бубулис и В.П. Юшка .(71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 62.50(088.8) (56) 1. ПаирЬ псе Т. M. Acoustuc

ais pump. Rev, scient; Instrum.

1957, 28, 6, 45 2.

- 2. "Акустический журнал", 1957, т. 21, В2, с. 245-249 (прототип). (54) (57) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ГАЗА, содер:.жащее резонирующую камеру и источник акустических колебаний, pesoнирующая камера выполнена в виде трубы, вход которой. подключен к выходу источника акустических колебаний,, а выход связан с потоком газа, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с це- . лью повышения точности и надежнос. ти, источник акустических колебаний выполнен в виде пары электродов, один из которых установлен внутри

- резонирующей камеры, а другой — по ее периметру снаружи, и источника высокочастотных амплитудно-модулированных .колебаний, выходЫ которого а подключены к электродам.

1144090

10 IS

35

40 стороны.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в различных технологических процессах, где требуется плавное регулирование скорости потока газа, например, для повышения теплопередачи в пульсационных камерах горения, а также для тарирования измерительных преобразователей, например термоанемометрических.

Известно устройство для возбуждения струи воздуха, содержащее отк" рытую трубу, в один конец которой установлен электродинамический вибратор, а в средней частя трубы выполнено отверстие для подсоса воздуха (1) .

Недостатком указанного устройства является отсутствие плавного регулирования скорости струи, так как резонансный режим работы, при котором скорость струи достигает наибольшей величины, обеспечивается выполнением трубы определенной длины, с частотой собственных колебаний равной частоте вынужденных колебаний, создаваемых электродинамическим вибратором, а электродинамический вибратор возбуждает акустические колебания одной фиксированной частоты. Таким образом, устройство возбуждает струю, скорость которой имеет, постоянную величину.

Кроме того, малая прочность диффузора электродинамического вибратора ограничивает амплитуду колебаний., от величины которой зависит интенсивность возбуждаемых акустических колебаний, а тем самым и скорость струи.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому. результату является устройство для возбуждения струи газа, содержащее резонирующую камеру, в одном конце которой установлен источник акустических колебаний, состоящий из механического. эксцентрического вибратора и сильфона (2) .

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности .плавного регулирования скорости струи в диапазоне от минимального до максимального, так как течение газа создается мощными акустическими колебаниями в резонирующей камере, возбуждаемыми механическим эскцентрическим вибратором, при работе которого на резонансной частоте проявляются сильные динамические нагрузки, способные вь1вести устройство из строя. Вследствие этого регулирование скорости струи возможно только в узком диапазоне.

Другим недостатком известного устройства является то, что длина резонирующей камеры, а следовательно и масса, имеет значительную величину, так как механический эксцентриковый вибратор возбуждает акустические колебания только низкой частоты в узком диапазоне, а длина камеры для резонансного режима, при котором достигается наибольшая скорость струи, обратно пропорциональна частоте возбуждаемых акустических колебаний.

Цель изобретения — повышение точности и надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования скорости потока газа, содержащем резонирующую камеру и источник акустических колебаний, резонирующая камера, выполнена в виде трубы, вход которой подключен к выходу источника акустических колебаний, а выход связан с потоком газа, источник акустических колебаний выполнен в виде пары электродов, один из которых установлен внутри резонирующей камеры, а другой — по ее периметру снаружи, и источника высокочастотных амплитудно-модулированных колебаний, выходы кото- рого подключены к электродам.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — диаграмма зависимости скорости потока газа и интенсивности акустических коле- . баний от частоты возбуждения.

Устройство содержит резонирующую камеру, выполненную в виде полуоткрытой трубы 1, изготовленной из термостойкого диэлектрического материала, например плавленного кварца, внутри которой в закрытый конец установлен один стержневой электрод

2, изготовленный из тугоплавкого материала, например вольфрама, источник 3 высокочастотных амплитудномодулированных колебаний„ состоящий из высокочастотного генератора 4 и генератора 5 модулирующих колеба— ний, а другой электрод 6 охватывает резонирующую камеру 1 с наружной

11440

В качестве высокочастотного генератора 4 могут применяться выпускаемые промьппленностью высокочастот-. ные генераторы, имеющие блок модуляции, например типа ЛГЕ, а также генераторы лабораторного изготовления, собранные на генераторных лампах типа ГУ. В зависимости от мощности питания длина резонирующей камеры 1 может составлять от несколь- 10 ких.сантиметров до нескольких десятков сантиментов, а диаметр от не-. скольких миллиметров до нескольких сантиметров. В качестве генератора

5 модулирующих колебаний применяет- 15 ся перестраиваемый звуковой генератор е

Устройство работает следующим образом.

При включении высокочастотного . 2О генератора 4 и генератора 5 в трубке 1, между электродами 2 возникает высокочастотный амплитудно-модулированный коронный разряд. Так как стержневой электрод 2 установлен 25 внутри диэлектрической трубки 1, а другой электрод 6 — в наружной стороне трубки 1, разряд ограничивается по поперечному сечению внут-. ренними .стенками и может. увеличи- 5б вать значительные температурные градиенты, для чего плавленный кварц, из которого изготовлена трубка 1, вполне удовлетворяет это условие.

В интенсивных звуковых полях . воникают регулярные течения средыакустический ветер, при этдм скорость . струи пропорциональна коэффициенту (} .поглощения и интенсивности акустических колебаний.

Так как акустические колебания возбуждаются -в трубке 1 с диаметром

45 намного меньше длины волны, на не. которых частотах возбуждения (частота возбуждаемых акустических колебаний задается .звуковым генерато..ром) возникает резонанс, во время которого интенсивность., а следовательно, и скорость потока резко возрастают. Частота акустических коле-баний в трубке 1, при которой возникает реэднанс, определяется из .соотношения

11

KL =- {2п-i)

) Изменение электрического поля в разряде можно выразить следующим соотношением:

Е. = Е (1 + m cos 63„„ ) соз Я С(1) .. 4 где Š— амплитуда напряжения высоо кой частоты (несущей частоты);

m — глубина модуляции";

И„; частота модуляции;

64 — несущая частота;

t †-: : время. . В конкретном случае ь)о= 400500 кГц, (д = 20-20000 Гц.

Под действием высокочастотного поля, изменяющегося по амплитуде,. возникает колебание температуры разряда, при этом температура изменяется в соответствии с частотой моду;ляции, т.е. изменение температуры равно частоте модулирующего нанрящения. Известно, что изменение.температуры в газах вызывает изменение °

90 4 давления (эффект Кнудсена), что приводит к возникновению акустических колебаний газа. Установлено, что акустический эффект носит термический характер, т ° е. выполняется .условие Р . тер (2) где P — величина акустического давления, P — давление в невозмущенной о среде;

dT — изменение температуры;

Т вЂ” средняя температура в разср ряде.

С увеличением перепада температур за период модуляции интенсивность акустических колебаний увеличивается, что подтверждают измерения изменения температуры за период. модуляции и соответствующего уровня интенсивности возбуждаемых акустических колебаний. Например, при

rdд = 2000 ID u m = 0,5 перепад температур d T. > 400 К, что.приводит к возникновению акустических колебаний с уровнем интенсивности

153 дБ. Так как масса и упругость газа имеет незначительную величину, частотный диапазон возбуждаемых акустических кслебаний находится в широком диапазоне (от десятков герц до десятков килогерц). акустических колебаний от резонансной до антирезонансной, скорость потока при которых изменяется соответственно от максимальной величины до минимальной. Кроме того, существует возможность получить одинаковую скорость потока на разных частотах акустических колебаний (фиг. 2). Другое существенное преимущество устройства состоит в том, что отсутствуют нежелательные динамические нагрузки, так как отсутсвует механический привод, что повышает надежность. Кроме того, 15 длина трубки может выполняться весьма малой длины, так как частота акустических колебаний, возбуждаемых предлагаемым устройством, находится в диапазоне намного шире, рр чем у известного устройства, что в некоторых случаях имеет важное значение.

В одном из вариантов устройства длина трубки составляет 0,15 м, 2s первая резонансная частота Е

= 580 Гц, вторая f = 1750 Гц и т.д.

Кроме того, подбирая диаметр трубы, возможно получить поперечный

Зр диаметр струи от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Предлагаемое устройство может работать как на низких температур .рах, так и на высоких, так как материал трубки к температурным градиентам достаточно прочный, :а температура окружающей среды на .интенсивность акустических колеба4р .ний и скорость потока существенного влияния не оказывает..

3 1144090 где .. .; Q 231,„, Ач . с

К вЂ” волновое число, Й вЂ” круговая частота, С - скорость звука .в среде — длина трубки, и 1, 2....

Изменяя: частоту возбуждения, т.е. частоту модулирующих колебаний, задаваемую звуковым генератором 5, можно получить весь ряд резонансов.

Наиболее интенсивные акустические колебания, а следовательно, и скорость потока возбуждаются на пер" вой резонансной частоте, т.е. при

n = 1. С приближением частоты возбуждения к резонансной происходит плавное возрастание скорости потока и на резонансной частоте достигает максимальной величины. Кроме того, не только на первой, но и на некоторых других резонансных частотах Е, Е, Е» (фиг. 2) скорость потока достигает значительных величин.

На фиг. 2 показана диаграмма зависимости скорости потока газа и интенсивности акустических колеба" ний от частоты возбуждения. Частоты Е, f, ... соответствуют резонансйым частотам при и = 1, 2 (3).

Кривая 1 изображает интенсивность акустических колебаний, возникающих в трубке 1, а кривая 2 скорость потока газа. Прерывистой линией показан минимальный уровень интен- сивности акустических колебаний, при котором течение среды становится заметным.

Таким образом, плавное регулирование скорости потока производится изменением частоты возбуждаемых акуС

БОИ

Ы вЂ” Жна" ул.Проектная, - 4