Способ определения скорости потока и устройство для его осуществления

 

Использование: в экспериментальной газодинамике при исследовании скоростных характеристик низкотемпературных плазменных струй. Сущность изобретения: для повышения точности в способе определения скорости потока, заключающемся в периодическом отделении от потока порций с помощью вращающегося диска с отверстием, измеряют угол между передним фронтом движения порции потока и плоскостью, перпендикулярной направлению потока, а скорость потока определяют по выражению, приведенному в описании. В устройстве для осуществления способа, содержащем диск с отверстием, установленный на валу двигателя, и датчик давления, размещенный напротив отверстия диска, датчик давления установлен с возможностью углового перемещения и связан с измерителем угла. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к экспериментальной газодинамике и может быть использовано при исследовании скоростных характеристик низкотемпературных плазменных струй.

Известен способ определения скорости жидких частиц [1], заключающийся в отделении от потока порции и в измерении ее скорости с помощью устройства из двух дисков с отверстиями.

Известно также устройство для измерения скорости жидких частиц в двухфазном потоке [1] , содержащее датчик частиц, частотомер и разделительное устройство, состоящее из двух дисков, каждый из которых выполнен с отверстием.

Известные способ и устройство имеют следующие недостатки: вовлечение частиц в круговое вращение за счет воздействия на них присоединенных к дискам газовых потоков; изменение траектории частиц при их столкновении с боковыми стенками измерительных отверстий; воздействие на частицы струи газа, которая формируется в процессе прохождения отверстий; использование металлических дисков не дает возможности зафиксировать на диске частицы, движущиеся со скоростью, меньшей некоторой пороговой, зависящей к тому же от скорости вращения дисков.

Цель изобретения - повышение точности определения скорости потока.

Цель достигается тем, что в способе, заключающемся в периодическом отделении от потока порций с помощью вращающегося диска с отверстием и измерении скоростных параметров диска и отделенной части потока, измеряют угол β между передним фронтом движения порции потока и плоскостью, перпендикулярной направлению потока, а скорость потока определяют по выражению v = πDn˙tg β, где D - диаметр окружности, на котором расположено отверстие диска; n - частота вращения диска; π = 3,14.

В устройство, содержащее диск с отверстием, установленный на валу двигателя, датчик давления, размещенный напротив отверстия диска и соединенный с входом частотомера, введены измеритель угла, осциллограф и счетный блок, при этом датчик давления установлен с возможностью углового перемещения и соединен с входами осциллографа и измерителя угла, а выходы частотомера и измерителя угла соединены с входами счетного блока.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг.2 - схема, поясняющая расчет скорости отделенной от потока порции.

Устройство содержит электродвигатель 1, вал 2, диск 3, установленный на вал, плазмотрон 4, генерирующий плазменную струю 5. В диске 3 на диаметре D выполнено отверстие 6. Измерительная часть устройства включает датчик 7 давления с чувствительным элементом 8, осциллограф 9, частотомер 10, измеритель 11 угла и счетный блок 12. Датчик 7 давления соединен с осциллографом 9 и измерителем 11 угла, а выходы измерителя 11 и частотомера 10 - со счетным блоком 12.

На фиг.2 обозначено: v_τ- скорость движения отверстия диска; ω - направление углового перемещения чувствительного элемента датчика скорости; d - диаметр отверстия 6 диска; α - угол между передним фронтом отделенной от потока порции и плоскостью, перпендикулярной оси плазменной струи 5; β - угол между плоскостью поверхности чувствительного элемента датчика скорости потока и плоскостью, перпендикулярной оси плазменной струи 5; L - расстояние, проходимое правой (левой) частью порции плазменной струи за время перемещения диском 3 расстояния, равного d.

Способ осуществляется следующим образом.

Включают двигатель 1, при этом начинает вращаться вал 2, от которого вращение передается диску 3. Затем включают плазмотрон 4 и он начинает генерировать плазменную струю 5, которую периодически, с частотой вращения вала 2, пересекает отверстие 6 диска 3. Во время каждого такого пересечения через отверстие 6 проходит и отделяется от потока плазменной струи порция. То есть диском 3 с отверстием 6 осуществляется периодическое отделение порций от плазменной струю 5. Отверстие 6 пересекает плазменную струю 5, перемещаясь от одного ее края к противоположному, например слева направо. При этом в левой части поперечного сечения плазменной струи 5 открывается проход, который перемещается слева направо, следовательно, через отверстие 6 пройдет последовательно левая часть струи, затем средняя и, наконец, правая.

Отделенная порция плазменной струи при достижении датчика 7 давления воздействует на его чувствительный элемент 8, а сигнал от него регистрируется осциллографом 9. Первоначально датчик 7 давления устанавливается таким образом, чтобы поверхность чувствительного элемента была перпендикулярна оси плазменной струи 5. При этом передний фронт импульса от датчика 7 на осциллограмме будет иметь пологий вид, так как передний фронт отделенной порции плазменной струи неодновременно достигает поверхности чувствительного элемента 8.

Затем начинают перемещать датчик 7 в окружном направлении (угловым перемещением) против часовой стрелки (фиг.2) до тех пор, пока на осциллограмме не будут зарегистрирован импульс с максимальными величинами по амплитуде и по производной сигнала по времени (по крутизне импульса). В этом случае углы α и β (фиг.2) будут равны и передний фронт отделенной порции плазменной струи одновременно достигнет всей поверхности чувствительного элемента 8, что и вызовет максимум амплитуды и крутизны сигнала.

После этого по частотомеру 10 определяют скорость вращения диска, а с помощью измерителя 11 угла определяют угол β между поверхностью чувствительного элемента 8 и плоскостью, перпендикулярной оси плазменной струи.

Из условия равенства времени прохождения диском расстояния, равного диаметру отверстия Т_д и времени полета первой (левой) части отделенной порции плазменной струи Т_пс, T_д= = = T_пс счетное устройство 12 определяет скорость плазменной струи по формуле V = Dn = πDn·tgβ Предлагаемый способ не устраняет всех источников погрешностей, однако количественно они обусловлены наличием всего одного диска. Особенно это сказывается на уменьшении погрешности определения скорости газовой фазы потока как более чувствительной к различным возмущающим воздействиям.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ определения скорости потока, заключающийся в периодическом отделении от потока порций с помощью вращающегося диска с отверстием и измерении скоростных параметров диска и отделенной части потока, отличающийся тем, что измеряют угол β между передним фронтом движения порции потока и плоскостью, перпендикулярной к направлению потока, а скорость v потока определяют по выражению v = πDn·tgβ , где D - диаметр окружности, на котором расположено отверстие диска,
N - частота вращения диска.

2. Устройство для определения скорости потока, содержащее диск с отверстием, установленный на валу двигателя, датчик давления, размещенный напротив отверстия диска и соединенный с входом частотомера, отличающееся тем, что в него введены измеритель угла, осциллограф и счетный блок, при этом датчик давления установлен с возможностью углового перемещения и соединен с входами осциллографа и измерителя угла, а выходы частотомера и измерителя угла соединены с входами счетного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2