Устройство для измерения турбулентности потока

 

Изобретение, относится к технике измерения турбулентности газовых и жидкостных потоков и предназначено для измерения силы и величины при- .стенных турбулентных пульсаций давления . Цель - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для измерения пристенной турбулентности включает эластичную поверхность, служащую приемным элементом датчика перемещений. Датчик перемещений соединен с регистрирующим устройством. Устройство дополнительно содержит второй датчик перемещений и коррелятор и снабжено счетчиком импуЛьсов, а также измерителем местного трения. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. е S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 11 00

®СГ . о;,, =;„ .-„- „, 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ йф, Д .„.,„, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4127963/31-25 (22) 11.08.86 (46) 23.03.88. Бюл. У 11 (71) Киевский инженерно-строительный институт (72) А.Я.Ткачук, А.П.Тесло и Ю.С.Голик (53) 532.137 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 653558, кл. G 01 N 5/02, 1975.

Маккормик, Репли. Об индуцировании турбулентностью колебаний тонкой ленты при демпфировании, зависящем от скорости потока: труды американского общества инженеров-механиков.

Прикладная механика, т.37, сер. Е, 1970, Ф 4, с,269-272.

„„SU„„ I 383142 А 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение. относится к технике измерения турбулентности газовых и жидкостных потоков и предназначено для измерения силы и величины при,стенных турбулентных пульсаций давления. Цель — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для измерения пристенной турбулентности включает эластичную поверхность, служащую приемным элементом датчика перемещений. Датчик перемещений соединен с регистрирующим устройством. .Устройство дополнительно содержит второй датчик перемещений и коррелятор и снабжено счетчиком импульсов, а также измерителем местного трения.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1383142

Изобретение относится к технике измерения турбелентности газовых и жидкостных потоков и может быть использовано как в различных аэрогидро5 динамических исследованиях, так и в исследовании дисперсных потоков.

Цель изобретения — повышение точ- ности измерения и расширение функциональных возможностей устройства. 10

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — полученная экспериментальным путем функция, выражающая связь между амплитудой перемещений эластичной поверхно- 15 сти и числом колебаний эластичной поверхности с этой амплитудой в единицу времени, используемая для измерения спектрального распределения.

Устройство для измерения пристен- 20 ной турбулентности содержит обтекаемую эластичную поверхность 1, служащую приемным элементом датчика 2 перемещений, совмещающего в себе функцию микрофона. Датчик 2 соединен с 25 регистрирующим устройством 3. Устройство для измерения турбулентности дополнительно содержит второй датчик

4 и,коррелятор 5, используемый для измерения корреляции между двумя ис- 30 следуемыми точками (А и Б), и снабжено счетчиком 6 импульсов, а также измерителем 7 местного трения в виде датчиков статического давления.

В устройстве для измерения при35 стенной турбулентности с целью повышения прочности обтекаемая эластичная поверхность может быть выполнена многослойной, например в виде полимерной пленки, соединенной с датчиком 2. 40

Пленка покрывает слой паралона, который прикреплен к жесткой стенке.

Устройство работает следующим образом.

При течении исследуемого потока 45 по эластичной поверхности 1 турбулентные пульсации давления деформируют эластичную поверхность 1, перемещение которой преобразуются датчиками 2 и 4 в сигналы, поступающие на функциональную схему. Датчик 21, регистрирующий перемещение поверхности

1, служит и микрофоном, измеряющим флуктуации давления, Такое расширение функциональных возможностей датчика

2 обеспечивается выполнением обтекаемой поверхности из эластичного материала. Датчик 2 перед работой необ" ходимо протарировать для получения зависимости сила — перемещение. При поступлений сигнала с датчика 2 на регистрирующее устройство 3 по его величине можно установить силу турбулентных пульсаций Г, действующих на эластичную поверхность 1. Это позволяет определить характер исследуемого потока (ламинарный или турбулентный), При поступлении сигнала с датчика

2 на регистрирующее устройство 3 и счетчик 6 импульсов можно определить спектральное распределение пристенных б пульсаций давления путем регистрации устройством 3 амплитуды перемещений эластичной поверхности при одновременном определении количества этих перемещений счетчиком 6.

При поступлении сигналов с датчиков 2 и 4 на коррелятор 5, при установлении на приборе заданного значения коэффициента корреляции, можно определить площадь S действия турбулентных пульсаций, характеризующих размеры турбулентных молей (вихрей).

Измерения характеристик турбулентности предлагаемым устройством определяют следующим образом, В основу определения величины пристенных турбулентных пульсаций давления положена зависимость, н/м

1 где F — сила, с которой действуют турбулентные пульсации давления на эластичную поверхность 1, измеряемая с по-. мощью заблаговременно протарированного датчика 2 перемещений;

S — площадь действия турбулентных пульсаций давления, определяемая с помощью двух датчиков 2 и 4 перемещения коррелятора 5.

При протекании в канале с эластичными стенками 1 турбулентного потока турбулентные пульсации давления, среднеквадратичная величина которых ) !

P 1 зависит от местного трения С н/м :

2 (11 РПс (2) где g — безразмерный коэффициент пропорциональности;

Ъ вЂ” безразмерный коэффициент сопротивления трубопровода;

KI" с2

Р м2

1383142

При увеличении порога чувствительности счетчик 6 импульсов начинает м с

6P .d h = (4)

Ь вЂ” П

П2

L 2PUcp где Р— перепад давления на рабочем участке длиной о (измеряют с помощью приемников 6 давления;

U — средняя скорость потока, м/с.

Для измерения спектрального распределения амплитуд и, соответственно выражениям (2) и (3), величин турбулентных пульсаций давления служит экспериментальная зависимость, представленная на фиг.2. Эта зависимость получена следующим образом. При определенном пороге чувствительности счетчика 6 импульсов регистрируют и число перемещения и; эластичной

i--0 поверхности 1 с максимальной амплитудой перемещений Н,.

45 — плотность и средняя скорость потока соответственно, 5 локально деформируют эластичную поверхность:

1=kF, (3) где k — - коэффициент пропорциональности, зависящий от эластичных свойств поверхности;

F — - сила, с которой турбулентные пульсации воздействуют на эластичную стенку, перемещение которой преобразуется датчиком 2 в сигнал, подаваемый на регистрирующее устройСТВО 3, По величине сигнала, пропорционального перемещению 1, можно с помощью заблаговременно протарированного датчика (зависимость (3) определить силу действия турбулентных пульсаций F.

Проверка работы предлагаемого устройства и полученного значения среднеквадратичных пульсаций давления производятся путем экспериментального определения членов, входящих в известную в гидромеханике и служащую тарировочной зависимость (формулу Крайхнана (2) .

Значения безразмерного коэффициента сопротивления трубопровода Я, входящего в выражение тирировочной за- 35 висимости (2), определяют по формуле суммировать меньшие амплитуды перемещений эластичной поверхности при этом число регистрируемых колебаний составляет Пк((5)

Использование канала с эластичными стенкамй выгодно отличает предлагаемый стенд от известного, так как позволяет измерять наряду с традиционными характеристиками потока характер пограничного слоя — ламинарный или турбулентный, по величине колебаний эластичной поверхности, зону перехода в канале — путем перемещения датчика по длине канала, величину турбулентных пульсаций, корреляционную функцию, спектральное распределение — силу пульсаций давления, пействующую на поверхность, и ее площадь действия. Величина этой силы имеет практическое значение, так как постоянно воздействуя на обтекаемую поверхность металлов, разрушает поверхностно-активную пленку металла, что приводит к появлению коррозионных разрушений.

Кроме того, она имеет значение при акустическом излучении. Сила турбулентных пульсаций зависит от скорости потока и конструктивных особенностей аппаратов (срывы вихрей) и может быть определена с помощью предлагаемого устройства, если канал с эластичными стенками геометрически подобен проточной части аппарата.

Это позволяет с учетом конструктив- . ных особенностей аппарата, зная критическое значение и частоту пульсационной силы, разрушающей поверхностную пленку данного металла, определить допустимые скорости течения в аппарате из этого металла. Площадь действия турбулентных пульсаций позволяет характеризовать размеры турбулентных ударяющихся об эластичную поверхность молей.

Наличие приемников статического давления для определения местного трения позволяет исключить дополнительные тарирования устройства, имеющиеся в системах для измерения тур булентности, например в системе "Disa" или при измерении пристенных турбулентных пульсаций пьезокерамическими датчиками, что удешевляет выполнение измерений.

1383142

Использование канала с эластичными стенками позволяет измерять спектральное распределение пристенных пульсаций давления с помощью дешевого широкоприменяемого для различных целей счетчика импульсов, что исключает при решении этой задачи наличие дорогостоящего анализатора спектра и, соответственно, уменьшает затраты 1Q при измерении.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для измерения турбу- 15 лентности потока, содержащее установленную в канале. обтекаемую поверхность и датчик регистрации перемещений этой поверхности, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше- 2О ния точности измерений и расширения функциональных возможностей устройства за счет измерения спектрального распределеНия пристенных пульсаций давления и площади их действия, а также измерения их количественных характеристик, обтекаемая поверхность выполнена из эластичного материала заподлицо с поверхностью канала и жестко в нем установлена, устройство дополнительно снабжено вторым датчиком перемещений, связанным с коррелятором, который, в свою очередь, подсоединен к первому датчику перемещений, к которому подключен счетчик импульсов.!

2, Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет определения тарировочных значений, в канале установлены два датчика статического давления.

1383142

Составитель В,Филатова

Редактор А.Ворович Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Заказ 1285/37 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ 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