Способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ()868504

Союз Советских

Соцнапнстнческнх

Республик (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 12. 01 . 76 (2l ) 2312328/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубл иков а но 30. 09 . 81 . Бюллетень № 36

Дата опубликования описания (5I }M. KJ}

G 0 l N 24/08

Гооударстееииый комитет

СССР по делам изабретеиий и открытий (53} УДК539 ° 143 ° .43(088.8) j с

А. И. Жерновой и А. Е. Кикин:

1 .

1 I

1

Ленинградский ордена Трудового Красно о Знамени технологический институт им. ЛенсовеТй="----=. (72) Авторы изобретения!

) ! ! (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ

В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ

Изобретение относится к гидродинамическим HccJ едованиям и может быть использовано для проверки теорий турбулентного течения, а также для исследования эффективности перемешивания жидкости в различных химических, магнитогидродинамических и других устройствах.

Известен способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости, основанный на подкрашивании жидкости и киносъемке движения окрашенного участка 1 1.

Однако способ требует применения высокоскоростной съемки и может быть использован лишь при малых скоростях потока. Кроме того, внесение краски искажает структуру потока, приводя к погрешностям измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводах, заключающийся в поляризации жидкости магнитным полем, воздействии на нее радиочастотным полем, регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса. В этом способе используется метод ядерного магнитного резонанса (ЯИР ). По временной зависимости амплитуды сигнала ЯИР А (t) определяется интенсивность продольной турбулентной диффузии на заданном участке трубопровода (2).

Недостаток этого способа заклю10 чается в том, что для определения зависимости А (t) необходимо производить фотографирование сигнала с экрана осциллографа, что затрудняет и затягивает измерения. Кроме того, }$ определение формы фронта турбулентной диффузии по фотографиям сигнала можно осуществлять только с большой погрешностью, вследствие искаlO жения этого фронта шумами радиосхемы, используемой для регистрации сиганла ЯИР.

Цель изобретения — упрощение, по. вышение точности и скорости измерений.

} °68504 4 частотного поля — с положительной ядерной намагниченностью. В результате по трубопроводу 2, соединяющему катушки 3 и 5, течет жидкость с

Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе, заключающемся в поляриэации жидкости магнитным полем, воздействии на нее радиочастотным полем и регистрации сигнала ЯМР на жидкость воздействуют периодическими прямоугольными импульсами радиочастотного поля, измеряют зависимость амплитуды сигнала ядерного магнитного резонанса от частоты следования импульсов радиочастотного поля, определяют частоты их повторения, при которой амплитуда сигнала ЯМР становится равной половине ее максимального значения, и по этой частоте повторения судят о дисперсии распределения жидкости по скоростям и коэффициенте продольной турбулентной диффузии.

На фиг. 1 приведена схема установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — коэффициенты продольной турбулентной диффузии К в предлагаемом способе; на фиг. 3 то же, в известном способе.

Установка содержит объем 1 для жидкости; расположенный между полюсами трубопровод 2, на конце которого имеется катушка 3 для регистрации сигнала ЯМР, присоединенная к схеме детектора 4 сигнала ЯМР катушка 5 для отметки жидкости, присоединенная к генератору 6 радиочастоты через электронный ключ 7, управляемый генератором 8 низкочастотных НЧ колебаний.

Способ осуществляется следующим образом.

Жидкость поляризуется, протекая по объему 1, и в отсутствие напряжения на катушке 5 дает на выходе схемы детектора 4 сигнал ЯМР с некоторой амплитудой А (будем считать эту амплитуду максимальной ). При включенном генераторе 6 радиочастоты управляющим генератором 8 колебаний НЧ в катушке

5 возникают прямоугольные радиоимпульсы с частОтой заполнения f, задаваемой генератором 6 радиочастоты, и с частотой повторения радиоимпульсов

F, задаваемой управляющим генератором

8 НЧ колебаний. Частота заполнения устанавливается равной резонансной частоте ядер в катушке 5, поэтому во время действия радиочастотного поля из этой катушки вытекает жидкость с отрицательной ядерной намагничен-, ностью М (О, а в отсутствие радио5

t0

50 ядерной намагниченностью, периодически меняющейся вдоль струи. Если скважность видеоимпульсов равна 1/2 то протяженность этих участков Г одиМЧ иакова и равна Т= — где w - средняя

2F скорость жидкости.

При течении жидкости по трубопроводу 2 происходит размытие границ участков, в результате часть жидкости из участков с N(0 и с M )О обменивается, что приводит к уменьшению средней намагниченности участков. Величина этой намагниченности N< зависйт от соотношения "Г и дисперсии распределения жидкости вдоль оси . струи.

Принимая, что жидкости вдоль оси струи подчиняется нормальному закону, можно показать, что средняя намагниченность М при А = C достигает величины, равной 1/2 от максимальной намагниченности М, которая имеется при о отсутствии отметки и при )7,1.-. Ам— плитуда сигнала ЯМР на выходе схемы пропорциональна средней намагниченН0СТН М

Таким образом, подобрав частоту повторения импульсов, при которой амплитуда сигнала А= ф А, по формуле g =W/2Г находим дисперсию распределения жидкости при турбулентной диффузии, откуда по формуламв =3-(%® и К= Р Ф/_#_, где 3 — длина трубопровода 2, находим дисперсию распределения жидкости по скоростям 0 и коэффициент продольной турбулентной диффузии К.

Для проверки предлагаемого способа создают экспериментальную установку с объемом 1, равным 130 см, магнитом поляризатора с индикацией 1т, трубопроводом 2 диаметром 6 мм и длиной

36 см. Для регистрации сигнала используют прибор Е11-2 с синхронным детектором на выходе. Для создания радиоимпульсов применяют генератор

ГЧ-26. Измеряют коэффициент продольной турбулентной диффузии К фиг.2

Для сравнения аналогичные измерения проводят известным способом с регистрацией зависимости А() на экране осциллографа (фиг. 3).

Исследования показывают,что погрешность определения К предлагаемым способом в 5 ра3 меньше,чем погрешности определения известным способом. На одно и

5 8 мерение предлагаемым способом требуется 1мин,а известным способом, требующим фотографирования и обработки фотоснимков, на это затрачивается несколько часов.

В предлагаемом способе регистрация сигнала ЯМР может производиться с помощью узкополосной приемной аппаратуры, так как при постоянной частоте

Г сигнал ядер:во времени не меняется. !

В известном же способе требуется регистрировать изменение сигнала во времени, что приводит к необходимости использовать широкополосную приемную аппаратуру. При использовании узкополосной аппаратуры отношение .сигнала к шуму значительно больше, чем при использовании. широкополосной

I аппаратуры, а с увеличением отношения сигнала к шуму погрешность измерений повышается.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает значительно большую точность измерений и К, чем известный (погрешность уменьшается н 5 раз) отличается простотой и быстротой измерений, связанных с отсутствием фотографического процесса.

Формула изобретения

Способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубо68504 6 проводе, заключающийся в.поляризации жидкости магнитным полем, воздействии на нее радиочастотным полем и регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, (ЯМР) о т л и ч а ю ш, и йс я тем, что, с целью упрощения, повышения точности и скорости измерений, на жидкость воздействуют периодическими прямоугольными импульсами радиочастотного поля, измеряют зависимость амплитуды сигнала ядерного магнитного резонанса от частоты повторения импульсов радиочастотного поля, определяют частоту повторения

15 импульсов радиочастотного поля при которой амплитуда сигнала ЯМР становится равной половине ее максимального значения, и по величине частоты . повторения судят о дисперсии распрел деления жидкости по скоростям и коэффициенте продольной турбулентной диффузии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мокин А. С. Яглом А. М. Стати1! fl ческая гидродинамика, М,, Íàóêà

1965. с. 505.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 128669, кл. G 01 и 27/78 (прототип).

868504

Риг. 2

CÐ)

Рог.5

Составитель В. Покатилов

Редактор Т. Мермелштайн Техред А.Бабинец Корректор М.Шароши

Заказ 8309/58 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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