Устройство для визуализации картины течения на поверхности модели

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3399958/24-10 (22) 26.02.82 (46) 15.08.86. Бюл. У 30 (72) В.И.Лагутин, В.И.Лапыгин, В.И.Шкатов и Н.В.Якубович (53) 533.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 241061, кл. С 01 М 9/00, 1969.

Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, Л.О., 1975, с. 580-581, рис. 313. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ КАРТИНЫ ТЕЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ МОДЕЛИ, содержащее корпус с емкостью, в которой размещены разделительный и управляющий поршни, соединенные штоком, образующие три камеры, одна из которых заполнена визуализирующим составом и сообщается каналом с поверхностью модели, а друrая — управляющая — сообщена с ис—

„„SU„„1250954 А 1 (51)4 G 01 Р 5/00; G 01 М 10/00, 9/00 точником давления, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет визуализации линий тока на поверхности модели, а также повышения точности воспроизведения картины течения на поверхности, камера, заполненная визуализирующим составом, снабжена нагревателем и выполнена с теплои электроизолированными от корпуса стенками, а в корпусе выполнены дополнительные каналы, каждый из каналов снабжен электро- и теплоизоляционными вставками с кольцевыми электродами, размещенными заподлицо с наружной поверхностью корпуса кон-j Ж центрично вокруг восходных отверстий каналов, при этом управляющая камера снабжена электропневмоклапаном, электрически соединенным с введенным блоком управления, подключен- Я . ным также параллельно к нагревателю и кольцевым электродам.

1250954

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности устройства и достоверности результатов при испытаниях в холодных и нестационарных потоках, оно снабжено дополнительными электродами, размещенными на поверхности корпуса ниже по потоку за кольцевыми электродами, и выполненными в виде полос, установленных заподлицо с наружной поверхИзобретение относится к гидродина мическим испытаниям и может быть использовано при исследовании картины обтекания модели потоками жидкости или газа. . Целью изобретения является расши- рение области применения за счет ви зуализации линий тока на поверхности модели, а также повышение точности воспроизведения картины течения на поверхности модели.

На фиг.1 представлена общая схема выполнения устройства; на Фиг.2—

его электрическая схема..

Устройство содержит корпус 1 испы туемого объекта (модели), который выполнен или полностью из электроизоляционного материала, или с покрытием из электроизоляции на внешней его поверхности. С помощью каналов 2 внешняя поверхность корпуса 1 сообщена в внутренней емкостью 3, выполненной из теплоизоляционного материала.

Внутренняя. емкость 3 разделена на три,камеры. Передняя камера 4 заполнена визуализирующим составом и отделена от остальной части емкости поршнем 5. На внутренних торцовых поверхностях камеры 4 с визуализирующим составом и поршне нанесены слои высокоомного материала 6, образующие нагревательные элементы для обеспечения разогрева визуализирующего состава. Внутри камеры 4 установлена кольцевая оболочка 7, которая может выполнять роль дополнительного омического нагревательного элемента (пои использовании визуализирующего ностью корпуса и ориентированных в меридиональном направлении, а визуализирующий состав содержит электропроводящий наполнитель.

3. Устройство пб п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что торцовые стенки управляющей камеры и управляющего поршня снаожены электропроводящими обкладками, электрически соединенными с блоком управления.

2 вещества полностью неэлектропроводного или, наоборот, с большой электропроводностью).

Ъ

Каналы 2, сообщающие камеру 4 с внешней поверхностью корпуса 1, выполнены в виде тепло- и электроизоляционных цилиндрических трубок 8, на торцовой поверхности которых за1ð подлицо с внешней поверхностью корпуса I нанесены слои в виде шайб из электропроводного материала, образующие кольцевые электроды 9. Количество и местоположение трубок 8 с кольцевыми электродами 9 может быть различным в зависимости от стоящей задачи по визуализации конкретных участков поверхности испытуемого объекта. Ниже по поверхности в нап2р равлении предполагаемых поверхностных линий тока при помещении объекта в поток с рабочей средой размещают заподлицо с поверхностью поперечные к потоку слои электропровод"

25 ного материала, образующие полосовые электроды 10.

Посредством элементов ll крепления корпус испытуемого объекта (элемент органа управления судна, аппарата или их полная модель и т.п.) крепится на стойке (державке) для размещения его в потоке рабочей среды. Разделительный поршень 5 посредством штока 12 жестко связан с управляющим поршнем 13, с помощью ко35 торого на входе емкости 3 образована управляющая камера 14, в которую через электропневмоклапан 15, установленный в магистрали 16, подается

1250954

5 !

15

55 давление управляющего газа или жидкости. Между поршнями 5 и 13 образована межпоршневая камера 17, сообщенная посредством регулируемого клапана 18 с окружающей средой. Это позволяет надежно герметизировать камеру 4 с визуализирующим составом, устранить утечки через зазор между поршнем 5 и вставкой 7, а также обеспечить заданный (постоянный) перепад давления на управляющем поршне 13 при его перемещениях и изменении при этом объема камеры 17. Поршень 13 выполнен большей площади, чем .поршень 5. Они образуют мультипликатор давления, что позволяет получить заданное управляющее усилие для вытеснения визуализирующего состава из камеры 4 при использовании рабочего давления невысокой величины (например, из магистрали технологического воздуха).

Нагревательные элементы 6 и 7, электроды 9 и 10 и электропневмоклацан 15 подключены к источнику питания посредством электрических цепей— пинии связи 19 к блоку 20 управления, осуществляющему коммутацию включений элементов 6 или 7 (возможна и их совместная работа), формирование команд на включение электропневмоклапана и выключение нагревателей при замыкании цепи между электродами 9 и 10.

Емкость 3 выполнена в виде цилиндрического стакана из тепло- и электроизоляционного материала, закрепленного внутри корпуса 1 с помощью.элементов крепления 21 и 22 и снабженного в передней части отверстием с заглуш кой 23 для обеспечения заполнения камеры 4 визуализирующим составом.

Для упрощения операции выполнения камеры 4 носовая часть 24 корпуса выполнена съемной.

Для контроля температуры визуализирующего состава при разогреве в камере 4 установлен датчик 25 температуры, соединенный одной из линий

19 связи с блоком 23 управления, обеспечивающим поддержание необходимой температуры разогрева за счет попеременного включения — выключения нагревательных элементов 6, 7 или подводимой мощности от источника электроэнергии (не показан).

На торцовых поверхностях управляющей камеры 14 и управляющего поршня

13 установлены обкладки из электропроводного материала, образующие кон.— денсатор 26, соединенный также с блоком 20 управления линиями 19 связи.

Задание скорости перемещения поршня 13, однозначно определяемое и контролируемое по изменению емкости конденсатора 26, определяет расход визуализирующего вещества через каналы 2 и интенсивность визуализирующих струек на поверхности объекта. Кроме этого, используя, например, предварительные тарировки или контрольные испытания, можно сформировать дополнительный управляющий сигнал по значению конечной величины емкости конденсатора 26 на выключение системы подачи (и разогрева) визуализирующего вещества и сброс давления из управляющей камеры 14 с помощью электропневмоклапана 15. Такой вариант выполнения дозатора позволяет использовать устройство в некоторых случаях и без электродов 9 и 10 (например, если визуализирующий состав не содержит электропроводный наполнитель).

Устройство работает следующим образом.

После заполнения камеры 4 визуализирующим составом, включающим электропроводный наполнитель, установки съемной носовой части и подключения линий 19 связи к блоку 20 управления осуществляют контрольные (тарировочные) испытания устройства, в процессе которых определяют режим разогрева и закон изменения расхода. Затем о объект помещают в рабочую среду— поток жидкости или газа. По сигналу от датчика, например, положения объекта в потоке или датчика, контролирующего установление процесса обтекания его рабочей средой (не показаны), блок управления 20 формирует сигнал на включение нагревателя 6 и затем электропневмоклапана 15 на подачу управляющего давления в камеру

14. Поршень 13 перемещается влево и с помощью поршня 5 вытесняет через каналы 2 визуализирующий состав на поверхность корпуса 1.

При движении поршней 5 и 13 влево из-за уменьшения объема камеры 17 давление в ней повышается, препятствуя утечке визуализирующего состава через зазор между поршнем 5 и вставкой 7. Клапан 18 падцерживает задан1250954

Qve Z

Составитель Ю.Власов

Редактор .М.Келемеш Техред И.Гайдош Корректор И.Муска

Заказ 4403/39 Тираж 778 Подписное

BHHHllH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

S ный перепад давления в камерах 4 и 17.

Необходимыи расход визуализирующего состава поддерживается как управлением величиной давления в управляющей камере !4 с помощью электропневмоклапана 15, так и путем изменения его вязкости за счет изменения температуры нагрева. Вытесненный иэ каналов визуализирующий состав растекается по поверхности, увлекаемый внешним потоком вдоль направления местных линий тока, и при достижении электрода 10 цепь между ним и электродом 9 замыкается, Блок 20 управления при этом формирует сигнал на сброс давления из камеры 14 через электропневмоклапан 15 и выключение нагревателя.

При испытаниях в холодной среде, когда визуалиэирующий состав может становиться высоковязким из-за охлаждения по мере растекания его на поверхность, картина полученных линий тока будет искажаться в виду несовпадения направлений менее вязкого течения рабочей среды и полученных струек визуализирующего вещества. Чтобы устранить эту погрешность, при замыканин электродов 9 и 10 струйкой визуализирующего состава с помощью блока 20 управления подают на них импульс электрического тока, эа счет которого струйки разогреваются, уменьшается их вязкость и они ориентируются по направлению внешнего потока. Охлаждаясь (.елательно до за.твердевания), струйки визуалиэирующего вещества надежно сохраняют структуру направлений линий тока на поверхности исследуемого объекта.

Это важно нри нестационарном характере обтекания, так как можно фиксировать мгновенные картины течения на поверхности. Возможен также подогрев вещества в каналах 2 путем задания разности потенциалов между вставкой

7 и кольцевыми электродами 9.

При использовании визуализирующего вещества неэлектропроводного (без наполнителя) дозирование подачи его осуществляют путем контроля изменения емкости конденсатора 26. Нагревание состава при этом осуществляют, например, цилиндрической вставкой 7.

Возможно использование дополнительно и элементов 6 при автономном включении каждого из последних.