Способ определения параметров процесса смешения в потоке жидкости

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения параметров смешения потоков жидкости. Целью изобретения является повышение информативности способа за счет определения параметров процесса смешения одновременно во всем исследуемом сечении потока. В кювете создают несколько слоев жидкости с разной концентрацией фотохромного вещества (ФХВ) или на входе канала подают несколько потоков с разной концентрацией ФХВ. Облучают импульсным фотоиндуцирующим лучом исследуемое сечение потока. Затем через 10<SP POS="POST">-12</SP>-10<SP POS="POST">-6</SP> с облучают тоже сечение потока импульсным дезективирующим лазерным лучом. Причем ширину дезактивирующего лазерного луча выбирают больше ширины индуцирующего лазерного луча, а длительности импульсов выбирают равными. Отношение интенсивностей J<SB POS="POST">об</SB>/J<SB POS="POST">о</SB> дезактивирующего и фотоиндуцирующего лазерных лучей задают из соотношения J<SB POS="POST">об</SB>/J<SB POS="POST">о</SB>=1-EXP(-K<SB POS="POST">1</SB>H)/1-EXP(-K<SB POS="POST">2</SB>H), где K<SB POS="POST">1</SB>, K<SB POS="POST">2</SB> - коэффициенты поглощения фотоиндуцирующего и дезактивирующего лазерных лучей, а H - ширина исследуемого сечения. В потоке жидкости возникают области с разной интенсивностью окраски. Регистрация перемещения полученных цветовых меток позволяет определить время перемешивания, области интенсивного перемешивания и застойные зоны.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

151)5 С 01 P 5/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 — ехр(-К„») ехр(-К »)

Щ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4453253/24-10 (22) 30.06.88 (46) 30.04.90. Бюл. Р 16 (71) Институт проблем механики AH

СССР (72) В.Н.Вречко и Б,В.Иартынов (53) 532.574 (088.8) (56)Авторское свидетельство СССР

Р 1285376, кл. С 0! P 5/18, 1985, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАИЕТРОВ

ПРОЦЕССА СМЕШЕПИЯ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть использовано для определения параметров смешения потоков жидкости. Целью изобретения является повышение ин6ормативности способа за счет определения параметров процесса смешения одновременно во всем исследуемом сече- нии потока. В кювете создают несколько слоев жидкости с разной концентрацией фотохромного вещества (ФХВ) или на входе канала подают несколько потоков с разной концентрацией ФХВ. ОбИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования процессов перемешивания в жидкости.

Целью изобретения является повышение информативности способа за счет определения параметров процесса сме-, шения одновременно во всем исследуемом сечении потока.

Способ осуществляют следующим образом.

„,SU„, 1561044 А1

2 лучают импульсным фотоиндуцирующим лучом псаледуемое сечение потока.

Затем через 10 — 10 с облучают — м с то же сечение потока импульсным дезактивирующнм лазерным лучом. Причем ширину дезактивирующего лазерного луча выбирают больше ширины индуцируюцего лазерного луча, a,öëèòåëüíoñти импульсов выбирают равными. Отношение интенсиВностей ?„ /? дезактивирующего и потоиндуцируюцего лазерных лучей задают пз соотношения коэффициенты поглощения Ьотоиндуцируюцего и дезактивируюцего лазерных лучей, а h — ширина исследуемого сечения. В потоке жидкости возникают области с разной интенсивностью окраски. Регистрация перемещения полученных цветовых меток позволяет определить время перемешивания, области интенсивного перемешивания и застойные зоны.

В кювете создают несколько слоев жидкости с разной концентрацией Аотохромного вецества (ФХВ) или на входе канала подают несколько потоков с разной концентрацией ФХВ. Включают лазер, который создает лазерный луч, вызывающий фотохимические реакции в жидкости. Луч проходит через кварцевую цилиндрическую линзу и далее входит в жидкость, окрашивая все исследуемое поперечное сечение. Через

1561044

10 " — 10 с второй лазер подает луч деэактивируюцего излучения на цилиндрическую линзу и далее излучение проходит через исследуемое поперечное

5 сече»ие.

В потоке жидкости возникают области с разной интенсивностью окраски.

Регистрация перемещения цветовых меток позволяет определить время перемешивания, области и их размеры интенсивного процесса перемешивания и, наоборот, застойные зоны.

Пример 1. В кювете шириной 15

25 см и длиной 30 см, внутри которой находится сфера, создают 3 слоя с концентрацией ФХВ в верхнем слое

10 моль/л, в среднем 5 10 моль/л

-Э вЂ” Ф и в нижнем 10 моль/л, В качестве 20

-4 ,ФХВ вь1браны и»доли»овые сппропираны, к боковым поверхностям кюветы прило-! жены пластины с разными величинами ! ! температур. Из-эа градиента темпера тур в кювете разрываются циркуляци- 25 онные течения, приводящие к перемешиванию слоев. Лазер»ым лучом с длиной волны 347 »м через цилиндрическую линзу обрабатывают поток жидкости.

При этом лазерные лучи проходят через 30 все исследуемое сечение потока, орие»тированное перпендикулярно от оптической системы регистрации на расстоянии от одного края кюветы 12 см и другого соответственно 12 см и ширине метки 1 см. Через 10 с данное сечение подвергают обработке дезактивируюцего лазерного излучения, интенсивность которого меньше, чем интенсивность фотоиндуцируюцего из- 40 лучения, с длиной волны 530 нм. Изменение перемещения цветовых меток фиксируется с помоцью скоростной камеры. По перемецению цветовых меток и изменению их интенсивности опрецеля-45 ют области йнтенсив»ого перемешивания и области, в которьгс перемешивание протекает край»е медленно. Так как ширина лазерного дезактивируюцего луча вдоль оптической оси системы регистрации превосходит ширину лазерного Ьотоиндуцируюцего луча, то через всю цветовую метку (вся цветовая метка будет охвачена) пройдет дезактивирующее лазерное излуче»ие. Кроме

55 того, распределе»ие энергии лазерного излучения по ширине луча вдоль оптической ос» системы регистрации следует создавать одинаковым.

Пример 2. Способ осуцествляется так же, как в примере 1, только отношение интенсивности фотоиндуцирующего излучения Io к деэактивирующему Т,в поддерживают равным: .

Iî/Iо, = (1 — exp(-Y. h)g ехр(-Y. h)) где К» „K — коэфбицие»»ты поглощения жидкостью фотоиндуцирующего и деэактивируюцего иэлуче»ия;

h — ширина сечения жидкости, а времена воздействия излучения на скорость обоих излучений выбирают равными длительности импульса. При этом степень воздействия лазерного излучения на любую точку сечения одинаковое. Так при прохождении лазерного излучения Происходит его поглощение по закону Ламберта-Бэра, т.е. интенсивность проходящего фотоиндуцирующего и дезактивирующего света спадает по следуюцим завивимостям:

Т» = I ехр (-К х);

I exp (-К х).

Пля того, чтобы интенсивность инцуцируюцего света в обратном сечении была одинаковой, в каждой точке сечения необходимо, чтобы интенсивность обработки, которая является разностью прошедшего через данную точку Ьотоиндуцируюцего и деэактивируюцего света, в началь»ой точке вхождения света и в конечной точке сечения была одинаковой, т.е.

I — I I ехр(-К,h)

I lб exp(K h) °

Отсюда

Т./I„= (1 — exp(-Y,?)) / 11— — еер(-К,Ь)) .

При этом интенсивность цветовых меток будет одинаковая в каждой точке сечения и искажения peçóëüòàòoâ иэза обработки результатов сводятся к нулю.

1561044 цируюцего излучения в 1,5-2 раза, а где ? в, I 0 — интенсивности деэактиконцентрация спиропирана находилась 30 вируюцего и фотоиндуцив диапазоне 10 — 10 г/л. Коэффи- руюцего лазерных излуциенты К, К для Ьотохрьмных жид- чений соответственно; костей, и которьпс растворены инцоли- К,, К вЂ” коэффициенты поглоценовые спиропираны с концентрацией нин фотоиндуцирующего

10 — 10 г/л, равны Y. 0,21

40 ти, системе регистрации, так и дальше от а времена воздействия излучений на системы регистрации, чем исследуемое поток жидкости выбирают равными, присечение, не вносят искажений в по- чем после облучения потока импульсным лученные результаты. Кроме того, од- лазерным дезактивирующим излучением новременно с параметрами смешения

45 на исследуемое сечение потока воздейудается измерить и поле скоростей. ствуют дополнительно лазерным локализованным фотоиндуцируюцим излучением ф о р м у л а и э о б р е т е н и я и по полученной в виде узкой полосы

Способ определения параметров про- цветовой метке определяют профиль ско" цесса смешения в потоке жидкости, за- 5 рости в исследуемом сечении потока.

Составитель И.Власов

Редактор М.Бандура Техред М.Дидык Корректор С.Е1евкун

Подписное

Заказ 976

Тираж 448

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

11 р и м е р 3. Способ осуцествляется так же, как и в примере 1, только после дезактивируюцего облучения, охватываюцего все поперечное сечение в узкой части JTàííoão сечения, пронизывающую всю ширину сечения подвергают дополнительной обработке фотоиндуцируюцего излучения, при этом интенсивность дополнительного фото,индуцирующего излучения превосходит в 1,7 раза интенсивность первоначального фотоиндуцируюцего излучения. Так как интенсивность получившейся метки более яркая, то данная метка на фоне более бледных меток видна отчетливо, кроме того, данная метка имеет некоторое утолщение в месте входа лазерного луча, что также позволяет выделить ее из других меток. По переме- 20 .щению данной метки определяют поле скоростей жидкости в исследуемом сечении.

Для того, чтобы метка была отчетливо видна, необходимо, чтобы интен- 25 сивность дополнительного фотоиндуцирующего излучения превосходила интенсивность первоначального фотоиндуключающпйся в создании в жидкой cpe-.

fqe слоев с разной концентрацией *ото .хромного вецества, воздействии на исследуемое сечение потока жидкости импульсным лазерным фотоиндуцирующим излучением и Ьотокипорегистрации интенсивности и перемещении получаемых цветовых меток, по которым судят об исследуемых параметрах потока, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения точности и информативности, после воздействия на исследуемое сечение потока жидкости импульсным лазерным фотоиндуцируюцим излучением на то же сечение потока, в том же направлении воздействуют импульсным лазерньпл дезактивирующим излучением, при этом ширина лазерного дезактивируюцего луча больше ширины лазерного фотоиндуцируюцего луча, отношение интенсивностей дезактивирующего и Ьотоиндуцирующего лазерных излучений задают из соотношения