Способ создания стратифицированных бинарных растворов при заполнении кювет

 

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для проведения гидрофизических исследований с применением оптических методов, а точнее для моделирования тонкой структуры стратифицированной жидкости и приосходящих в ней процессов, обусловленных, например, двойной диффузией. Цель изобретения - уменьшение времени создания стратифицированных бинарных растворов с плотностным отношением R = 2,2. Способ заключается в том, что заполняют два одинаковых по объему сообщающихся сосуда 6 и 7 растворами различной плотности и, гомогезируя их вертушкой 9, подают в кювету 1 растворы разной плотности последовательно по мере ее возрастания, демпфируют вихреобразования в кювете рассекателем 3, одновременно направляют на кювету пучок коллимированного излучения и отображения процессов визуально регистрируют на экране 13. Для повышения скорости создания таких растворов подачу растворов осуществляют снизу вверх через рассекатель 3 нижнего воронкообразного днища 2 и с максимальной скоростью, которую регулируют, изменяя гидростатическое давление подачи путем изменения уровня сообщающихся сосудов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g))g G 01 N 21/11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHC>MY СВИДЕТЕЛЬСВ ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ . ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4361972/31-25 (22) 08.01.88 (46) 30.07.90. Бюл. Y - 28 (71) Морской гидро -;чзический институт AH УССР (72) M.G.Áàãèìîâ, А.Е.Погребной и А.С.Самодуров (53) 535.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 13 17332, кл . С 01 N .21/03, 1987.

Погребной А.Е. Создание нелинейно стратифицированных растворов в лабораторных экспериментах .по двойной диффуэии. — В сб. МГИ АН УССР Внутренние волны и турбулентность. Севастополь, 1984, с. 178-183. (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ БИНАРНЫХ РАСТВОРОВ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ

КЮВЕТ

„„Я0„„1582088 A 1

2 (57) Изобретение относится к лабора торному оборудованию и предназначено для лроведечия гидрофизических исследований с применением оптических методов, а точнее для моделирования тонкой структуры стратифицированной жидкости и происходящих в ней процессов, обусловленных, например, двойной диффуэией. Цель изобретения уменьшение времени создания стратифицированных бинарных растворов с плотностным отношением R = 2,2. Способ эаключается в том, что заполняют два одинаковых по объему сообщающихся сосуда 6 и 7 растворами различной плотнос ти и, гомогенизируя их вертушкой

9, подают в кювету 1 растворы разной плотности последовательно по мере ее возрастания, демпфируют вихреобразования в кювете рассекателем 3 одно1582088 через рассекатель 3 нижнего воронкообразного днища 2 и с максимальной скоростью, которую регулируют, изме5 няя гидростатическое давление подачи путем изменения уровня сообщающих" ся сосудов. 1 ил.

Изобретение относится к лаборатор ному оборудованию и предназначено рля проведения гидрофизических исслеIpîíàHèé с применением оптических ме- 15 тодов, а точнее, для моделирования ,тонкой структуры стратифицированной жидкости и происходящих в ней процессов, обусловленных, например, двойной диффузией. 20

Цель изобретения — уменьшение времени создания стратифицированных бинарных растворов с плотностным отношением К = 2,2.

На чертеже изображена схема созда- 25 ния стратифицированных жидкостей в гидрофизической кювете.

На схеме изображена гидрофиэическая кювета 1 с пирамидальным днищем . 2, в вершину которого вклеен рассе катель 3. Днище 2 кюветы через присоединительный штуцер 4 и гибкий шланг 5 соединено с контейнерами 6 и 7, сообщающимися друг с другом через шланг 8. В контейнере 6 расположена вертушка 9 для гомогенизации

" растворов. Шланг 5 краном 10 связан с контейнерами (сосудами) 6 и 7 и краном 11 с дополнительным контейнером (сосудом) 12.

Сумма площадей 6@(x) .и 6 (x) контейнеров 6 и 7 в любом горизонтальном сечении постоянна и равны площади горизонтального сечения 6„=

Т - L рабочей камеры кюветы 1.

Вид функций (х) (или b (x)) определяется видом требуемой вертикаль-, ной стратификации T(z) (или S(z)).

Более плотный раствор свободно поступает из контейнера 7 в контейнер 6 таким образом, что уровни жидкостей в обоих контейнерах всегда совпадают.

Воронкообразное нижнее днище 2 кюветы в. виде конуса или пирамиды необходимо для свободного растекания поступающего раствора с постепенно увеличивающейся плотностью и выполняет функцию стыковочного звена между

V=L„L, Л временно направляют на кювету пучок коллимированного излучения и отображения процессов визуально регистрируют на экране 13. Для повышения скорости создания таких растворов подачу растворов осуществляют снизу вверх подводящим раствор гибким шлангом 5 с малым горизонтальным сечением и рыбочей камерой кюветы 1 с существенно большим горизонтальным сечением, Рассекатель 3 предназначен для подавления эффекта струи и гашения вихреобраэованнй вне полости рассекателя 3, приводящих к паразитному перемешиванию и искажению требуемой стратификации. Рассекатель 3 пред ставляет собой стеклянно-керамический фильтр, выполненный по форме пирамидального днища. 2 и вклеенный в вершину пирамидального днища 2.

Так как в этом случае (при отсутстBHH вихреобразоваиий вне рассекателя) паразитное перемешивание, приводящее к искажению вертикальной стратификации прОисходит тОлькО В пОлОс ти рассекателя 3, то, зная геометрические размеры рабочей камеры кюветы

1 L и L >, a также допустимый вертикальный масштаб искажения стратификации Я, можно рассчитать требуемый объем рассекателя V, не приводящий к искажению стратификации более допустимого, Пример. Геометрические размеры рабочей камеры (исходя из требований к кювете при исследовании процессов двойной диффузии) 1. = 200 мм;

50 мм; L = 200 мм. Высота пирамидального днища Н = 100 мм. Внутренний диаметр присоединительного штуцера и гибкого шланга 5 мм. Высота рассекателя h = 30 мм. Рассекатель— стеклянно-керамический фильтр 9 1 (пористость — 100 мкм).

Высота рассекателя рассчитана таким образом, чтобы вертикальный масштаб искажения стратификации не превышал допустимый (Л = 1 мм). Для этого объем рассекателя должен бить не больше

1582088

U = L L g = 200 50.1

К у

10000 (мм )

При данных геометрических пропорциях пирамидального днища объем V вклеенного в его вершину рассекателя (представляющего собой пирамиду с осh нованием 2Ь вЂ” и высотой h)

2 баэз

V -= -- 2h ° —.h

3 2 3

Таким образом, ч "обы вертикальный масштаб искажения стратификации не превышал Л = 2 мм, высота рассекателя должна быть не более, т.е. э

Ь а /ЗОООа ми;

? 30 мм.

Высота пирамидального днища Н

100 мм и внутренних диаметров присоединительного штуцера и гибкого шланга подобраны экспериментально таким образам, чтобы полное время безвихреного наполнения кюнеты не превышало 20 мин.

Способ осуществляют следующим образом.

Наполняют сообщающиеся контейнеры (сосуды) б и 7 растворами различной плотности. В контейнере б производят постоянную гомогенизацию раствора вертушкой 9. В кювету 1 снизу через присоединительный штуцер 4 по гибкому шлангу 5, открытый кран 10 подают раствор с изменяющимся ксмпонентным составом с увеличивающейся по мере поступления плотностью на рассекатель.3, который, подавляя эффект струи и вихреобраэования вне полости рассекателя. пропускает стратифицированный раствор. Поступающий раствор ламинарно растекается в кювете 1 с постепенно увеличивающейся плотностью. Скорость подачи растворов в кю вету 1 регулируют изменением гидростатического давления при подъеме или опускании над кюнетой 1 вспомогательных сообщающихся контейнеров б и 7. Эту скорость наполнения кюветы

1 устанавлйвают максимальной, кото- рая обеспечивает отсутствие вихревых структур н области рассекателя

3 при наполнении кюветы. Контроль отсутствия таких вихревых структур может производиться по следующей методике. Отсутствие вихреобразоваНрН соответствует равномерной освещенности полупрозрачного экрана 13, расположенного по другую сторону пирамидальногс дна кюветы 1, направляемого линзой 14 оптического излучения.

После того, как в кювету введено из всгомогательных контейнеров необходимое количество стратифицирсванного раствора, верный кран 10 пе;екрывают и открывают второй кран 11, через который иэ третьего сосуда 12 вводится заранее доэирснанный объем (равный объему пирамидального дна) намного более плотной жидкости (например, концентрированного раствора

20 NaC1), которая вытесняет стратифициронанный растнор в рабочую (прямсугольную) камеру кюветы.

После этого стадия создания стратификации в KIcBE!Tp считается законченной и могут производиться как оптические, так и контактные исследования происходящих процессов, обусловленных, например, днойной диффузией.

Экспериментально установлено, что при предлагаемом способе наполнения кюветы снизу вверх можно существенно сократить полное время создания стратифицированного раствора (включая время вытеснения стратифицированно35

ro раствора н рабочую камеру более плотной жидкостью); не возбуждая при этом вихреобразований. Полное время создания стратификации в кюве40 те с размерами рабочей камеры Ь =

200 мм, L = 50 мм, L > 200 мм не превышает 20 мин. Уменьшение времени наполнения кюветы достигается тем, что раствор в кювету подается

45 под давлением, а не в режиме свободногс просачивания. Эффект струи и вихреобразование полностью демпфируются в полости рассекателя, после чего стретифицированный раствор ламинарно вытесйяется более плотным раствором в рабочую камеру кюветы.

Уменьшение вертикального масштаба искажения требуемой стратификации достигается тем, что рассекатель расположен в вершине пирамидального дна кюветы. Это приводит к тому, что при требуемом объеме рассекателя, рассчитанном по горизонтальным размерам рабочей камеры кюветы и допусти1582088

Формула изобретения

Составитель Н.Стукова

Техред Л,Олийнык КоРРектоР Н,Король

--—

Редактор Е.Копча

Заказ 2084 Тираж 513 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, I-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 мому вертикальному масштабу искажеНия стратификации, вертикальный размер рассекателя оказывается достаточным, чтобь. . полностью демпфировать эффект струи и вихреобраэование в

Области вне рассекателя при достаточНо большой скорости подачи растворов.

Таким образом, при использовании ) предлагаемого способа повышается

Достоверность исследований тонкой ! структуры стратифицированных раствоРов эа счет значительного .уменьшения ертикального масштаба искажений при

1 асширении диапазона исследуемых процессов.

Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет решать заачи моделирования гидрофизических

1 роцессов в стратифицированных жидкостях, двойной диффузии, в более

Широком диапазоне параметров и с характерным вертикальным масштабом ис- 25 кажения .стратификации, не превышающим допустимый.

Способ создания стратифицированных бинарных растворов при заполнении кювет для исследованиИ процессов, обусловленных двойной диффузией, заключающийся в том, что заполняют два сообщающихся сосуда растворами различной плотности, гомогенизируют растворы вертушкой, подают в кювету последовательно растворы различной плотности, демпфируют вихреобраэования в кювете рассекателем, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени создания стратифицированных бинарных растворов с плотностным отношением R = 2,2, подачу растворов в кювету осуществляют снизу вверх через рассекатель нижнего воронкообразного дна кюветы,, причем растворы подают по мере возрастания их плотности с максимальной скоростью, которую регулируют, изменяя гидростатическое давление подачи путем изменения уровня сообщающихся сосудов.