Способ стабилизации размера микрокапель, образующих диссипативную структуру "капельный кластер"



Способ стабилизации размера микрокапель, образующих диссипативную структуру капельный кластер
Способ стабилизации размера микрокапель, образующих диссипативную структуру капельный кластер
Способ стабилизации размера микрокапель, образующих диссипативную структуру капельный кластер

 


Владельцы патента RU 2580176:

Общество с ограниченной ответственностью "ФОТЕКОН" (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к высокоточным способам управления и манипуляции сверхмалыми объемами жидкости и может быть использовано при решении ряда задач микромасштабной гидрогазодинамики, теплофизики, а также в микрофлюидике. Способ стабилизации размера микрокапель заключается в том, что конденсационный рост капель подавляется за счет частичного испарения капель под действием электромагнитного излучения, поглощаемого каплями. Техническим результатом является простота технической реализации и высокая эффективность, позволяя в течение длительного времени стабилизировать размер капель кластера с точностью не хуже десятых долей микрометра. 2 ил.

 

Изобретение относится к высокоточным способам управления и манипуляции сверхмалыми объемами жидкости и может применяться при решении ряда задач микромасштабной гидрогазодинамики, теплофизики, микрофлюидики.

Для способов сверхточного дозирования жидкостей [RU 2271519, опубл. 10.03.2006. Бюл. №7; RU 2333465, опубл. 10.09.2008. Бюл. №25], основанных на явлении «Капельный кластер», актуальны технические решения, позволяющие стабилизировать во времени размер микрокапель. Проблема обусловлена тем, что в стандартных условиях [RU 2271519, опубл. 10.03.2006. Бюл. №7; RU 2333465, опубл. 10.09.2008. Бюл. №25] капли кластера подвержены конденсационному росту [1], скорость которого пропорциональна температуре межфазной поверхности (МФП) жидкость-газ под кластером и может достигать значений порядка 1 мкм/с [2]. Учитывая, что объем и масса капли пропорциональны ее диаметру в третьей степени, конденсационный рост капель может существенно снижать точность дозирования жидкости.

Технический результат предлагаемого изобретения - стабилизация размера капель кластера, простота технической реализации и высокая эффективность способа.

В предлагаемом способе эффект стабилизации размера капель кластера достигается за счет частичного испарения капли под действием электромагнитного излучения, хорошо поглощаемого веществом капель. Схема эксперимента, подтверждающего эффективность такого способа, показана на Фиг. 1. Здесь: 1 - капельный кластер, 2 - кювета с тонким горизонтальным слоем воды 3 (радиальное сечение), 4 - источник инфракрасного (ИК) излучения, 5 - объектив стереомикроскопа. Конструкция встроенного в дно кюветы нагревателя 6 подробнее отражена на вставке справа: 7 - металлический стержень диаметром 1 мм, который вклеен заподлицо на эпоксидную смолу 8 в дно кюветы; на стержень навита изолированная нихромовая проволока 9.

При пропускании электрического тока нихромовая проволока разогревается, через металлический стержень тепло передается слою жидкости и над нагревателем формируется капельный кластер. Спектральный диапазон ИК-источника попадает на полосу поглощения воды, однако облучение практически не влияет на распределение температуры в объеме слоя (плотность мощности ИК-излучения в сечении слоя весьма мала - порядка 10 мВт/см2). В то же время такое воздействие достаточно для повышения температуры микрокапель и интенсификации испарения с их поверхности, что позволяет управляемо снижать скорость конденсационного роста и стабилизировать размер капель кластера.

В качестве примера на Фиг. 2 приведены экспериментальные данные, характеризующие скорость изменения диаметра капель кластера. Для наглядности рассмотрен кластер из четырех капель, каждая из которых легко идентифицируется на последовательных кадрах (dcp - средний по 4-м каплям диаметр). Размер капли зависит от длительности ее нахождения в кластере, поскольку формирование кластера было растянуто по времени, на момент начала видеозаписи (t=0 с) капли заметно отличались по диаметру. На графике первые 30 секунд соответствуют периоду, в течение которого на кластер оказывалось воздействие ИК-излучения, в момент t=30 с ИК-источник был выключен и конденсационный рост капель возобновился (мощность нагревателя, индуцирующего капельный кластер, все время оставалась постоянной). В рассмотренном случае применение ИК-источника позволило снизить скорость роста диаметра капель с 0.39 мкм/с до 0.01 мкм/с, т.е. почти в 40 раз.

Новый способ сочетает простоту технической реализации и высокую эффективность, позволяя в течение длительного времени стабилизировать размер капель кластера с точностью не хуже десятых долей мкм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федорец А.А. Механизм стабилизации положения капельного кластера над межфазной поверхностью жидкость-газ // Письма в ЖТФ. - 2012. - №21. - С. 63-69.

2. Федорец А.А. Эффекты тепломассопереноса при локальном нагреве межфазной поверхности жидкость-газ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Тюменский государственный университет. Тюмень, 2011, 46 с.

Способ стабилизации размера микрокапель, образующих диссипативную структуру «Капельный кластер», отличающийся тем, что конденсационный рост капель подавляется за счет частичного испарения капель под действием электромагнитного излучения, поглощаемого каплями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования сыпучих свойств геоматериалов. Устройство представляет собой сварную конструкцию башенного типа, устанавливаемую на верхней предварительно спланированной площадке отработанного карьера с обеспечением вертикальной устойчивости.

Изобретение относится к устройствам для многокомпонентного дозирования сыпучих материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве при производстве комбикормов, пищевой, фармацевтической, химической и строительной промышленности.

Изобретение относится к области управления расходом сыпучих материалов, перемещаемых потоком газа. Материал, свободно поступающий по напорной шахте из загрузочного бункера в смесительную камеру, смешивается в ней с газом и выдается на выход за счет давления PC на входе в выпускной трубопровод, измеряемого датчиком давления, установленным там же, причем давление стабилизируется на значении, определяемом заданным значением расхода Q М З Д сыпучего материала в соответствии с формулой Непрерывность управления обеспечивается тем, что материал поступает в смесительную камеру по напорной шахте, высота которой определяется по формуле Технический результат - повышение точности и надежности при одновременном обеспечении непрерывного управления расходом, а также на расширение диапазона управляемого изменения расхода.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для автоматического определения объемов закачиваемых в скважину по напорной магистрали буровых и тампонажных жидкостей.

Изобретение относится к оборудованию для дозированной подачи сыпучего материала. В опирающемся на упругую подвеску герметичном бункере на движущемся возвратно-поступательно вертикальном штоке закреплен нижний открывающийся наружу конический клапан.

Изобретение относится к механике неоднородных сред и может быть использовано в химической промышленности, металлургии, фармакологии, производстве моющих средств, минеральных удобрений, строительных материалов, ядовитых и взрывчатых веществ и т.д.

Устройство для измерения весового расхода и весового дозирования жидких флотационных реагентов содержит расходный бак, оснащенный датчиком верхнего уровня, тензометрическим датчиком силы, измерительным буйком, который подвешен к тензометрическому датчику силы, входным и выходным клапанами, управляемыми микроконтроллером, оснащенным программным обеспечением и электрическими цепями связи для входных и выходных сигналов.

Изобретение относится к оборудованию для многокомпонентного весового дозирования сыпучих продуктов и может быть использовано в комбикормовой, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений. Устройство содержит резервуар (1) с выходным патрубком (2), расположенным на дне резервуара, и вертикальным входным патрубком (4), емкость (11) с поплавком (13), шток и сливное отверстие.

Изобретение относится к средствам дозирования и направлено на повышение качества очистки бункеров при выгрузке связных трудносыпучих материалов, а также на обеспечение возможности быстрого и точного дозирования выгрузного материала, что обеспечивается за счет того, что устройство включает вертикальный корпус цилиндрической формы, щелевое дно которого выполнено из концентрических объемных колец, расположенных с кольцевыми зазорами относительно друг друга и жестко связанных между собой балками.

Датчик перманентного контроля сердечного ритма шахтера относиться к области обеспечения безопасности работ в горной промышленности и может использоваться для перманентного контроля сердечного ритма всего персонала в шахтах, как во время выполнения ими плановых работ, так и при возникновение чрезвычайных ситуаций, повлекших изоляцию персонала шахты за/под завалом горной породы. Новым в датчике перманентного контроля сердечного ритма шахтера является размещение датчика внутри корпуса аккумуляторного блока шахтерского фонаря со стороны его широкой стенки, обращенной к телу шахтера и изготовление датчика в виде автодинного генератора, совмещенного с микрополосковой антенной и содержащего кроме того датчик тока, узкополосный усилитель инфразвуковой частоты, микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем и получатель информации о сердечном ритме шахтера. Автодинный генератор состоит из полевого транзистора, блокировочного конденсатора и микрополосковой антенной на диэлектрической подложке с экранирующей пластиной, который начинает генерировать колебания при подаче на сток транзистора напряжения постоянного тока. Автодинный генератор - это генератор с открытой колебательной системой, способной излучать и принимать электромагнитные колебания. При возбуждении автодинного генератора он через микрополосковую антенну начинает эффективно излучать микроволновые колебания в сторону тела шахтера. Мощность этих колебаний невелика, что совершенно не сказывается на здоровье самого шахтера. Отразившись от тела шахтера, колебания вновь улавливаются микрополосковой антенной и складываются с собственными колебаниями автодинного генератора, вызывая тем самым изменение протекающего через автодинный генератор постоянного тока. Датчик тока, подключенный к выводу питания автодинного генератора, позволяет регистрировать эти изменения потребления тока, которые несут информацию о сердечном ритме шахтера. Узкополосный усилитель инфразвуковой частоты выделяет и усиливает эти изменения тока в диапазоне частот 0,8-2,5 Гц, соответствующие сердцебиению шахтера. В этом же диапазоне частот на выходе узкополосного усилителя инфразвуковой частоты присутствуют составляющие, обусловленные движением тела шахтера. Однако эти составляющие имеют нерегулярный характер и по своей сути являются составляющими шума, среднеквадратическое значение которых на известном временном интервале равно нулю. Спектральные составляющие, вызванные сердцебиением человека, имеют регулярный характер и их легко распознать, применив корреляционную обработку сигнала. Микроконтроллер осуществляет оцифровку сигнала, присутствующего на выходе усилителя инфразвуковой частоты и производит при этом корреляционную обработку последовательности оцифрованных данных на заданном временном интервале. В результате этой обработки микроконтроллер выделят составляющие, имеющие периодическую структуру, которые, по сути, соответствуют сердечному ритму человека. Далее через свой стандартный цифровой интерфейс микроконтроллер выдает данные получателю информации о сердечном ритме шахтера.
Наверх