Способ определения скорости потока газа

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (o

Союз Советсинн

Соцнаэтнстнчесинк республик

Г"

> с,Ън>„1 1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.03. 78 (21) 25931 53/18-10 с присоедииеииеее заявки Рй (23) ПриоритетОпубликоваио 25.02.80. Бюллетень J%7 (5l)M. Кл.

5/18

Гввудлрвтввнньй напнтвт

СССР

00 Аеяам нэобретвннй н открытнй (Sa) уДК, 532.574 (088.8) Дата опубликования описания 28.02.80

Г. Л. Кабанов, Ю. А. Медведев и Б. М. Степанов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СпосоБ опРеделения скорости потокА, ГАЗА

Изобретение относится к измеритель - . ной технике и может быть использовано для измерения скорости потоков газа при давлении порядка 10 + 50 тор.

Извест ны способ ы измерения с корости с помощью освещенных или светяШихся частиц, вводимых в поток газа и фотографируемых на темном фоне 313.

По отдельным трекам, получаемым на фотопленке, иэмеряЮт скорость потока

10 газа.

Основным недостатком способов, оскс ванных на введении частиц в поток, является их инерционность, т.е. макрочастицы всегда несколько отстаи т от потока, и этот недостаток усугубляется с уменьшением давления газа.

Известен способ измерения скорости посредством трассирования газового потока ионами 1.23, заключающийся в том, что создают очаг ионизации с помощью пучка электронов, с — частиц, рентгеновскими лучами или электрической искрой и плазменное облако регистрируют метал- . лической пластинкой по индуцированному положительному импульсу напряжения.

Недостаток этого способа заключается в его малой точности, определяющейся значительным размером плазменного облака, образующегося при импульсном энерговыделении за счет разлета и дальнейшей диффузии плазмы. Локальность плазменного облака ухудшается с уменьшейием давления газа. Кроме этого, импульсное энерговыделение, образование плазменного облака и даже ударной волны в газе приводит к изменению термоди намичес кого состоя ния измеряемой среды, что приводит к систематической ошибке, которую трудно учесть.

Известен способ измерения скорости, где используют зависимость тока какоголибо разряда: таунсендовского, коронного или тл юшего от скорости газового потока (3 J. точность этого способа ограничивается степенью адекватности используемой теории, и поэтому необходима

717660 4 тарировка, которая не всегда может быть осуществлена в конкретных условиях эксперимента.

Известен способ измерения скорости потока газа низкой плотности, взятый за прототип 143. Способ основан на использовании явления послесвечения распадающейся плазмы, образующейся при импульсном электрнческом разряде.

Послесвечение ойределяется при импульсном электрическом разряде. Послесвечение определяется процессом электронионной рекомбинации, который на поздних стадиях распада плазмы .характеризуется низкими значениями концентраций (и =n; 410 см ) и равновесными

g значениями температур, близкими к температуре окружающего газа. Ионы ввиду равенства масс и газодинамических сечений столкновения с атомами идеально "следят" за скоростью потока, à сА !., " стаивание эл!ектрон!ов не превышает дебаевского радиуса экранирования.

Основным недостатком способа является низкая точность измерения скорости из-за большой протяженности метки", определяющейся отношением выделившейся энергии к давлению Е/р. Так, в упомянутой работе характерная протяженность метки" оценивается величиной

" = 0,5 м. С увеличением энергии и уменьшением давления газа протяженность

"метки будет увеличиваться и увеличиваться и соответственно будет падать точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности определения скорости потока газа.

Поставленная цель достигается тем, что возбуждают одновременно два идентичных локализованных импульсных разряда на расстоянии друг от друга, не превышающем расстояния, определяемого из соотношения: мЬ-л) л/б N . з- ) м о где — размер начальной зоны энерговыделения: г — характерная длина разлета плазмы в нейтральный газ при времени

Е - энергия, выделившаяся в газе при импульсном разряде:

Р, - начальное давление газа, показатель адиабаты, А

2S ЛР 4,3 >

5 — площадь, м2-: длина,м; N.=4; 3; 2 соответственно для плоской, цилиндрической и сферической геометрии разряда, и формируют упомянутую метку" в виде теневой области, образующейся в результате взаимодействия двух светящихся "меток", возникающих при импульсных разрядах, и судят о скорости потока газа по скорости движения теневой области.

10 На фиг. 1 представлено устройство, с помощью которого реализуется пред-. лагаемый способ определения скорости потока газа; на фиг. 2 представлена г-t диаграмма, поясняющая процесс формиро15 вания "метки" в виде теневой области, Устройство содержит стеклянную трубу 1, в которой создается поток газа, индуктор 2 в точке О, индуктор 3 в точке г„, фотоэлектронные умножители 4 и

20 5 в точках r и г„. Два индуктора 2 и

3 совершенно идентичны и входят в состав идентичных колебательных контуров, не показанных на фиг. 1.

Устройство, реализующее предлагаемый

25 способ, работает следующим образом.

Импульсные индукционные разряды в плоскостях с координатами О и г„ производятся одновременно, но за 10 з-20 с до прихода импульсного потока газа в плоскость с координатой,, /2> так . ч о используются лишь поздние стадии послесвечения для формировании . теневой области. Каждый импульсный разряд приводит

35 к,формированию симметрично расходящихся ударных фронтов 6,7 и 8,9, а также плазменных контактных поверхностей 10, 11 и 12, 13, которые,в первом приближении можно рассматривать как плоские.

40 Для формирования теневой "метки" имеют значение только фронты и потоки, движущиеся йавстречу друг другу (7,8 и 11, 12), которые на фиг. 1 и фиг. 2 обозначены как 3„, S H C, C . Взаимодейст- . вие двух идентичных ударных волн и контактных поверхностей происходит следующим образом.

Встречные ударные волны при взаимодействии ослабляются, в результате чего наклон прямых увеличивается (символы Ь„ и 5„ на фиг. 2). Затем каждая из ударнйх волн взаимодействует

rl Ю с контактной поверхностью, в результате чего происходит дальнейшее ослабление ударных волн (символы Ь и S, !! Ю

2 а контактные поверхности останавливаются, или почти останавливаются (символы С, и С1 ) на расстоянии а

,причем, расстояние определяется началв71 7660

6 основанный на слежении за скоростью метки", формируемой посредством импульсного разряда в газе, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью повыше ни я точ ности определения скорости, возбуждают одновременно два идентичных локализованных импульсных разряда на расстоянии друг от друга, не пре вышающем расстояния, определяемого иэ

10 соотношения: ними условиями: мощностью разрядов, давлением и величиной . Для того, чтобы произошло взаимодействие, необходимо выбрать начальное расстояние % меньше, чем удвоенная длина разлета плазмы для выбранной мощности энерговыделения. Оценить расстояние можн при предположении о мгновенном выдел нии энергии разряда и последующем а) и абатическом расширении плазмы в нейт ральный газ.

Из соотношений г г д гО Е<р(ф )

Ам о I

4 она р V =const и Е н о о где Р„ — начальное давление газа в объеме Vo при энерговыделении Eo можно оценить линейный размер расширившейся плазмы „при времени и (В-4) Е 4 ) 1 < /

Ъ

А„р где г„— начальный линейный размер зоны энерговыделения:

$ - показатель адиабаты, принятый

25 одинаковым для плазмы и нейтрального газа:

Р— начальное давление газа:

А, =29; 7(0; 4/3 W площадь, м:

2, длина, м;)/ = 1 2; 3 соот- .

30 ветственно для плоской, цилиндрической и сферической геометрии разряда. Следовательно, при опредепении начального расстояния г„между разрядами должно соблюдаться условие r <2г,, 35

4 .

Диаграмма на фиг. 2 носит идеализи-: рованный .характер. В реальных условиях происходит затухание ударных волн и замедление движения плазменных фрон40 тов. Поэтому отрезки S и С на реальной диаграмме будут не прямыми, а кривыми, монотонно возрастающими по оси

Формула изобретения

Способ определения скорости потока

-3 газа при давлении порядка 10 — 50тор, где г — размер начальной зоны энерговыделения; г - характерная зона разлета плазмы в нейтральный газ при времени

Š— энергия, выделявшаяся в газе при импульсном разряде;

Р„ — начальное давление газа.

) показатель адиабаты;

/ к = 25 с 0 4/3 У плошадь, длина: .

Й 4, 3 и 2 соответственно дня плоской цилиндрической и сферической геометрии разряда; и формируют метку" в виде теневой области, образующейся в результате взаимодействия двух светящихся меток, возникающнх при импульсных .разрядах, а о скорости потока газа судят по скорости движения теневой области.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. Физические измерения в газо-

И вой динамике и при горении.- Иностранная литература", М., с. 127.

2. Там же, с. 124.

3. Там же, с. 130.

4. Кабанов Г. Л.,Николаев В. Л.

Сб. "Проблемы физической оптики и метрологии, изд-во ВНИИФТРИ. М., 1 976 (прототип) .

717660

Составитель Ю. Власов

Редактор Л. Бибер Техред Н. Ковалева Корректор М. Шароши

Заказ 10294/53 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5

Филиал ППП "Патент", г . Ужгород, ул. Проектная, 4