Способ определения профиля скоростей потока жидкости в трубе

 

-,енг ЬЬ6. опиаАн и-в

Союз Советских

Сеареалнстичесиих

Реслублии

<"1671862

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СОИДЕИЯЬСТВУ (6t) Дополнительное к tet. санд ву в 295583 (53)М. Кл.

В 06 В 1/06 (22) Заявлено 090376(21) 2337005/18-10 с присоединением заявки Н9

Государствеиимй комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (23) Г3рнорнтет (53)УДК 534.2 681

° 121 (088. 8) Опубликовано 050779. Бюллетень Hо 25

Дата опубликования описания 050779 (72) Автор изобретения

В .А .Павловский (71) заявитель

Ленинградский ордена Ленина кораблестроительный институт (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ СКОРОСТЕЙ

ПОТОКА ЖИДКОСТИ В ТРУБЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть .использовано, например, в области гидравлики трубопроводов, когда нужно 5 знать не только величину средней скорости по сечению, но и распределение действительных скоростей - профиль скоростей — по сечению трубопровода, что позволяет судить об ин- g тенсивности процессов гидродинамической коррозии в исследуемом месте.

При движении жидкости по трубопроводу профиль скоростей может быть как симметричным относительно оси трубы — для сечений в круглых трубах с прямолинейной осью, так и несимметричным — при течении в трубах за участком поворота для труб с непрямолинейной.осью, в коленах трубопроводных систем, в районах местных сопротивлений, диффузорах и т.д.

По исновному авт.св.р 295583 известен способ определения профиля скоростей потока жидкости в трубе по сечению путем посылки в поток зондирующих ультразвуковых волн.

Этот способ заключается в том, что источник излучения последовательно перемещают в выбранном сечении трубы перпендикулярно направлению излучения, измеряют отклонения характеристик движения ультразвуковой волны, посылаемой в плоскостях, параллельных плоскости,. проходящей через ось трубы, определяют площади сечений пространственной эпюры скоростей в плоскостях движения ультразвуковой волны и по полученному набору площадей сечений и расстояниям плоскостей движения ультразвуковой волны до оси трубы получают профиль скоростей потока, жидкости по сечению.

Однако этот способ применим лишь для течений в прямолинейных трубах кругового сечения, где имеет место поток жидкости с осевой симметрией относительно оси трубы. Благодаря этой осевой симметрии набор площадей сечений пространственной зпюры скоростей по любому направлению, проходящему через центр сечения трубы в плоскости этого сечения, будет один и тот же, что позволяет выбирать произвольно плоскость, проходящую через ось трубы, параллельно которой располагаются плоскости посылки ультразвуковых волн. Тем самым. имеется некоторая свобода-выбора

671862 направления перемещения источника излучения в пространстве, поскольку на это направление наложено лишь од- но ограничение — перпендикулярность направлению излучения.

При течении жидкоСти с несиммет5 ричным относительно оси профилем скорости набор площадей сечений пространственной эпюры скоростей будет разным для каждого направления, проходящего через центр сечения трубы, и поэтому применение известного способа невозможно.

По предлагаемску способу источник излучения перемещают в плоскости, характеризующейся максимальной величиной площади сечения пространственной эпюры скоростей, при этом указанную плоскость выбирают путем поворота вспомогательного источника ультразвуковых волн вокруг трубы до получения 20 максимума отклонения характеристики движения ультразвуковой волны Ilo сравнению с покоящейся жидкостью.

На фиг.1 изображена пространственная эпира скоростей в трубе для тече- 25 ния, не обладающего осевой симметрией, и сечение ее плоскостями, проходящими через ось трубы; на фиг ° 2 — распределение величин площадей сечений пространственной эпюры скоростей в поляр-30 ных координатах плоскостями, проходящими через ось трубы; на фиг.3 - пространственная зпюра скоростей, изображенная на фиг.1, когда система координат, Х,У(выбрана так, чтобы максимальный вектор скорости лежал в плоскости ХОУ,. на фиг.4 — график зависимости от координаты у, „площадей се. чений S (у„), пространственной эпюры, ск оростей плоскостями, параллельными плоскости XOZ; на фиг.5 — плоский 4О профиль V (y, о) скоростей поток а в трубе н плоскости ХОУ, его связь с профилями скоростей в других плоскостях и связь между профилем скоростей V(у,о), и распределением 45 площадей сече»ий пространственной зпюры скоростей S (у ); на фиг.6 принципиальная схема устройства для измерения площадей сечений пространственной эпюры скоростей, 50 вводят декартову систему координат ХУЕ так, чтобы ось ОХ была перпендик ул ярн а плоск ости н ормаль ного сечения трубы в исследуемом месте и совпадала с направлением вектора скорости потока, оси Оу и OZ - взаимно перпендикулярные в плоскости нормального сечения. Пространственная эпира скоростей в круглой цилиндрической трубе представляет собой для потоков, не обладающих осевой 6О симметрией, сложную криволинейную поверхность, в основании которой лежит круг радиуса Я с вершиной в точке Q, соответствующей точке М основания (фиг. 1), Если для пространственной эпюры нзять набор сечений плоскостями, проходящими через ось ОХ, то площади сечений будут функциями угла поворота g секущей плоскости относительно плоскости XOZ (фиг.2) .

Максимум площади сечения S (g ) соответствует положению секущей плос кости, проходящей через ось ОХ и максимум вектора скорости. вводят ноную систему координат

ХУ Z путем поворота системы ХУЕ на угол Ч„,. В этом случае максимум вектора скорости Ч „ лежит в плоскости ХОУ, и пространственная эпюра скоростей симметрична относительно этой плоскости (фиг ° 3) .

Если теперь для пространственной эпюры скоростей взять набор сеченйй плоскостями, параллельными фиксированной плоскости XOZ<, то площади этих сечений S(y ) будут некоторыми функциями от координаты У (фиг.4) .

Характер пространственной эпюры скорости V (у„,Е,() вполне определяется плоским профилем Ч(У,О), являющимся результатом пересечения пространственной эпюры скорости плоскостью симметрии ХОУ (фиг.5) . По профилю

V (у, о) определяют изотахи течения, пользуясь тем, что эти изотахи для течения н круглой цилиндрической трубе представляют собой окружности с центрами в плоскости ХОУ . По набору изотах можно построить профиль скоростей н любой плоскости, н том числе и для плоскостей. ° °,Тя ° ° ° Тк ° ° ° Ф перпендикулярных оси У„, а по профилям скоростей можно определить величины с сечений пространственной эпюры скоростей плоскостями, перпендикулярными оси У (фиг. 5) °

Вид кривой распределения площадей сечения S(у ) однозначно определяется видом профиля V(y„,о), а следовательно, и видом пространственной эпюры скоростей потока жидкости в трубе

Если излучать ультразвуковую волну поперек потока по некоторому направлению 1-1 (фиг.1), то наблюдается изменение характеристик ультразвуковой волны - снос с ее потоком, изменение фазы, частоты, времени ее прохождения через поток по сравнению с покоящейся жидкостью, При этом изменение характеристик волны пропорционально площади сечения пространственной эпюры скорости н плоскости движения ультразвуковой нолны. Так, при измерении скоса ультразвуковой волны известна зависимость

В(у„) =cd (ó, ), где Я (у ) — площадь сечения пространственной эпюры скорости в плоскости движения ультразвуковой волны;

С вЂ” скосрость звука в исследуемой жидкости, Вспомогательный источник 1 ультразвуковых колебаний (фиг.б) излучает

6718 волну в плоскости, проходящей через ось трубы. Приемник 2 принимает сигнал. Регистрирующий блок 3 по изменению характеристик ультразвуковой, волны определяет величину площади сечения пространственной эпюры скоростей в плоскости движения волны.

Источник 4 ультразвуковых колебаний излучает волну в плоскости, параллельной плоскости XOZ, приемник 5 принимает сигнал от источника 4.

Блок б измерения по изменению харак- 10 теристик ультразвуковой волны определяет величину площади сечения пространственной эпюры скоростей в зависимости от координаты у, расстояния плоскости движения ультразвукового луча от плоскости XOZ .

Трубопровод 7 имеет измерительную вставку, состоящую из трубы-проставыаа 8 и корпуса 9, который поворачивается относительно трубы-проставыша 8. измерительная вставка выполнена из материала, скорость распространения звука в котором равна скорости распространения звука в исследуемой жидкости

Вспомогательный источник 1 и приемник 2 закреплены неподвижно на корпусе 9 по направлению диаметра трубы и поворачиваются вместе с корпусом относительно трубы-проставыща 8 до положения, когда плоскость движения волны соответствует максимальному значению площади сечения простран62 б ственной эпюры скоростей. После такого поворота корпус 9 фиксируется относительно трубы 7, происходит замер площадей сечений пространственной эпюры скорости с помощью источника 4 и приемника 5, перемещающихся по пазам противоположных граней корпуса 9. Блок измерения 6 регистрирует значения площадей сечений пространственной эпюры скорости в зависимости от величины смещения источника

1 и приемника 2 от центра трубы вдоль оси у .

Формула изобретения

1. Способ определения профиля скоростей потока жидкости в трубе по авт.св. 9 295583., о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения несимметричного относительно оси трубы профиля скоростей потока, источник излучения перемещают в плоскости, характеризующейся максимальной величиной площади сечения пространственной эпюры скоростей.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что плоскость выбирают путем поворота вспомогательного источника ультразвуковых волн вокруг трубы до получения максимума отклонения характеристики движения ультразвуковой волны по сравнению с покоящейся жидкостью. ггиг. 1