Способ изменения гидравлического сопротивления канала
Изобретение относится к гидроавтоматире и может быть использовано при разработке быстродействующих электрогиАравлических преобразователей. .Цель изобретения - расширение диапазона изменения гидравлического сопротивления канала - достигается тем, что частота формирования ультразвуковых колебаний излучателя выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия: гм/0,, где гм-время захлопывания пузырька; Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области. 2 табл., 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 F 15 С 1/04
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881322/24 (22) 25.07.90 (46) 15.02.93. Бюл, N. 6 (72) С,И.Доценко (56) Авторское свидетельство СССР
N1245776,,кл,,F 15 С 1/04, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КАНАЛА (57) Изобретение относится к гидроавтомати е и может быть использовано при разработке быстродействующик электроги равлических преобразователей..Цель изобретения — расширение диапазона иэИзобретение относится к гидроавтоматике.
Известный способ изменения гидравлического сопротивления канала основан на вв денйи в жидкость потока газа с формированием акустичес:их колебаний переменнои, амплитуды и фокусировки их внутри ка ала акустическим концентратором.
Недостаток этого способа состоит в ограниченной степени изменения гидравлического сопротивления канала из-за низкой кон центра ции пуз ы рько в в акустической зо-. не малого их радиуса при расширении.
Цель изобретения — расширение диапазона изменения гидравлического сопротивления.
Эта цель достигается тем, что в способе, состоящем во введении в жидкость потока газа с формированием акустических колебаний переменной амплитуды и фокусировке их внутри канала акустическим концентратором согласно изобретению частота фор Ы 1795161 A l менения гидравлического сопротивления канала — достигается тем, что частота формирования ультразвуковых колебаний излучателя выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия: tM /0,5Т=1, где гм- время захлопывания пузырька; Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области. 2 табл., 2 ил. мирования ультразвуковых колебаний выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия:
fe /0,5Т=1, где rM — время захлопывания пузырька;
Т вЂ” период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области.
Предлагаемое изобретение отличается тем, что частота акустических колебаний выбирается из условия обеспечения резонансных колебаний пузырьков с радиусом R, а амплитуда акустических колебаний из условия t /0,5Т=1.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
При распространении ультразвуковых волн в жидкости с пузырьками газа пр1исходит периодическое увеличение и уменьшение их объема. Это приводит к
1795161 уменьшению приведенной плотности жидкости в акустической зоне за период колебаний и,как следствие, к изменению расхода через эту область. Приведенная плотность жидкости определяется из выражения з з (1)
" + 4 o ((Rm/Ro) 1) где Rm — максимальный радиус пузырьков;
po — плотность идеальной жидкости;
Ь=4/3 X N po, N — концентрация пузырьков, Ф
Уменьшение р, а следовательно и ðàñхода жидкости, достигается путем увеличения Rm, а также N. В свою очередь Rm u N являются функциями амплитуды и частоты акустических колебаний. "
Поскольку пузырек газа в акустическом поле является колебательной системой, при одной и той же амплитуде акустических колебаний, радиус пузырька будет зависеть от частоты. Из анализа частотной характеристики для пузырька..
1 — {2 0/Г+риРТ вЂ” 4 tj N) к„(8, N)lз где R — средний радиус пузырька;
Кп(Я, в) — сжимаемость пузырька; р- плотность пара; сг- коэффициент noaepõíoñòíoão катя>кения; в, Pm — частота колебаний, амплитуда следует, что Rm имеет максимальное значение при в=во.
Исследования зависимости N. от амплитуды акустических колебаний Ро показали, что при выполнении соотношения. хм /0.5Т=1 ° (2) где тм — время захлопывания пузырька;
Т вЂ” период акустических колебаний в акустической кавитационной области, концентрация пузырьков максимальна и превышает начальную концентрацию более чем на порядок.
На фиг.1 представлена зависимость концентрации пузырьков от питающего излучатель напряжения.
Таким образом, возбуждение пузырьков акустическими колебаниями, частота которых равна резонансной частоте пузырька с радиусом Я, и амплитудой, определяемой из условия (2), обеспечивает максимальные величины значений Rm и N, а следовательно и максимальное изменение величины р.
-5
Так, например, для пузырька радиусом
Ro=5 10 м при резонансной частоте
Rm/Ro-23, а вдали от резонанса Rm/Ro=5, Далее, для этого же радиуса Ro из графика фиг.1 для К/Чк имеем: — при выполнении условия т„ /0.5Т=1
N/×ê=17 10 см — при меньшении или увеличении амплитуды акустических колебаний К/Чк резко
10 уменьшается и составляет
N/V =.1 10 см з
Способ осуществляется следующим образом: в жидкость вводится поток газа, иэ которого образуются пузырьки с радиусом
"5 Ro. Одновременно в жидкости концентратором формируются ультразвуковая кавитационная область с амплитудой колебаний, определяемой из условия r< /0,57=1, и частотой,равной резонансной частоте первич20 ных пузырьков с радиусом R; в ультразвуковой кавитационной области происходит уменьшение плотности жидкости, а следовательно и ее расхода.
Осуществление заявляемого способа
25 поясняется с помощью устройства, представлейного на фиг.2. Оно содержит канал переменного сечения 1, соосно размещенный вокруг канала в плоскости минимального сечения сферической твердотельный
30 концентратор 2, согласующую линзу 3, установленную в фокальной области 4 концентратора 2, установленный на внешней поверхности концентратора 2 сферический пьезоэлектрический излучатель 5, канал подачи ггза 6 с отверстиями для генерирования пузыры:ов 7.
Устройство работает следующим образом.
Ультразвуковые колебания, частота которых равна резонансной частоте для пузырьков с радиусом Rp и амплитудой, определенной иэ условия t< /0,5Т=1, возбуждаются в пьезоэлектрическом излучателе 5 колебаниями электрического
45 .напряжения. Ультразвуковая волна фокусируется концентратором 2 в плоскости минимального сечения канала 1 в фокальной области 4, Акустическое согласование концентратора с каналом 1 в плоскости мини50 мального сечения производится с помощью согласующей линзы 3. Жидкость. протекает по каналу 1 через фокальную область 4 концентратора 2, а газ — через канал 6, отверстия 7, фокальную область 4 концентратора
В фокальной области происходит возбуждение пузырьков акустическими колебаниями на резонансной частоте, Наличие в фокальной области пульсирующих пузырь1795161
Таблица 1 ков приводит к уменьшению интегральной плОтности жидкости, что приводит к изменению расхода, а следовательно к расширению диапазона изменения гидравлического сопротивления. 5
Ниже приводятся конкретные примеры осуществления заявляемого способа.
В табл.1 и 2 приведены характеристики амплитуды акустических колебаний и характеристики колебаний кавитационных пу- 10 зырьков в воде при атмосферном давлении, где:
f — частота акустических колебаний;
fp — резонансная частота колебаний пузырьков с радиусом Яо, 15
0,5Т- полупериод акустических колебаний; м — время захлопывания пузырька;
N/Ч» — концентрация пузырьков в кавитационной области;
Формула изобретения
Способ изменения гидравлического сопротивления канала путем введения в жид-, кость потока газа с формированием акустических колебаний переменной амплитуды и фокусировки их внутри канала с помощью акустического концентратора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расши-. рения диапазона изменения гидравлического сопротивления, частота формирования
N — количество пузырьков;
Ч» — объем кавитационной области;
Rm — максимальный радиус пузырьков;
Pm — амплитуда акустических колебаний.
Из анализа таблицы 1 следует, что максимальный радиус пузырьков зависит от частоты колебаний. При резонансной частоте он максимальный.
Из таблицы 2 следует, что при rm =0,5Т концентрация пузырьков в акустической области минимальна.
Следовательно, выбор частоты f из условия резонансных колебаний пузырька радиуса Ro и амплитуды Pm из условия tm =0 5Т обеспечивает наибольшее изменение плотности жидкости, а следовательно и ее расхода. ультразвуковых колебаний выбирается равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбирается из условия: тм /0,5Т=1, где 4 — время захлопывания пузырька;
Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области.
1795161
Таблица 2
1795161
У 7
Составитель С.Доценко
Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши
Редактор А.Бер
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 416 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж 35, Раушская наб.,4/5
