Ячейка для измерения свойств перегретых электропроводных жидкостей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОБУСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республик рп989430 (61) Дополнительное к авт. санд-ву— (22) Заявлено 26. 09. 80 (21) 2984147/18-25 с присоединением заявки М1и1м.кл.

G 01 N 27/07 (23) Приоритет

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 15,01,83. Бюллетень Но 2

Дата опублнковання описания 15. 01. 83 (53) УД (5 34. 257 (088.8) (72) Авторы изобретения Г.Б.Оконншников, П.А.Павлов и П.В.СкрипоЦ

1 .ф

/ е с ь е »л

t.. р

Отдел физико-технических проблем энерге ки

Уральского научного центра АН ССС

В35,:В,ф (71) Заявитель,»54} ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ПЕРЕГРЕТЫХ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к физико-. химическому исследованию, в частности к теплофизике, и может быть использовано для определения температуры достижимого перегрева (т.е. температуры, прн которой нестабильная жидкость взрывообразно вскипает в силу внутренней неустойчивости), критических параметров и электропроводности металлов и других электропрон водных жидкостей.

Известна ячейка для определения температуры взрывного вскипания во время греющего импульса, содержа-щая камеру для исследуемой жидкости. В камере расположены измеритель ные электроды, соединенные платиновой проволочкой, которая служит нагревателем и датчиком температуры 711.

Недостатком этого устройства является ограниченный класс исследуемых веществ.

Наиболее близким к предлагаемому является ячейка для определения температуры достижимого перегрева электвопроводных жидкостей, содержащая две камеры, сообщающиеся между собой, в каждой из которых расположены из- . мерительные электроды (21.

Недостатком известной ячейки является неточность в определении температуры достижимого перегрева, достигающая 15%, и более, связанная с необходнмостью экстраполяции температурной зависимости электропроводности на неисследованную метастабиль ную область, поскольку при указанной геометрии перегородки и соединяющего канала определение температуры вскипания возможно только по изменению электросопротивления жидкости, находящейся в этом канале.

Кроме того, невозможно получать д нные для малых и вакуумных давлений.

Например, для щелочных металлов давление должно-составлять не менее

10% от термодинамического критического давления..Это ограничение связа. но с преждевременным вскипанием и магнитогидродинамической неустой-, чивостью жидкого металла в канале перегородки при прохождении импульсов тока плотностью *орядка 108A/сЫ ., 2, необходимой для разогрева исследуемой жидкости. Известная ячейка не дает воэможности для излучения температурной зависимости электропро-водности метастабильных жидкостейважнейшего параметра перехода ме989 430

6пературу насыщения при заданном давталл — диэлектрик,, происходящего вблизи критической температуры, поскольку сама температура .определяется экстраполяцией искомой зависимости на несколько десятков, а иногДа — сотен градусов от изучен- 5 ной ранее области. Корструкция ячейки не позволяет изучить влияние объема перегреваемой жидкости на температуру достижимого перегрева и плотность центров кипения, так 1О как замена перегородки и канала кроме неудобств, связанных с полной разборкой ячейки, вносит неконтролируемое изменение плотности готовых центров кипения, имеющихся на стен- 15 ках нового канала.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, .что в ячейке, имеющей две камеры, 2О сообщающиеся между собой, в каждой из которых расположены измерительные электроды, в стенке одной из камеры выполнено оптическое окно, а в стенке другой камеры имеется выступающий цилиндрический канал, посредством которого камеры сообщаются между собой, причем торец этого канала расположен напротив оптического окна.

Появление оптического окна Дает возможность произвести разогрев жидкости импульсом лазерного излучения, а температуру разогреваемой жидкости определяют в этом случае с помощью пирометра. Тем саьым исключают мощные разогревающие импульсы тока, порождающие магнитогидродинамическую неустойчивость, и освобождаются от необходимости экстраполяции электропроводности.

4О

Трехволновой пирометр позволяет фиксировать изменение температуры поверхности площадью порядка 1 мм во время импульсов 0,01 10 мс с точностью 3-4Ъ. Независимое определение .45 температуры дает воэможность проведения комплексного исследования: наряду с температурой достижимого перегрева изучается . плотность центров кипения, критические параметры жидкости и температурная зависимость.ее электропроводности. Изменение толщины перегреваемого кольца жидкости, расположенного между торцом канала и окном, меняют в нужных пределах ее объем или добиваются подобия тепловых полей в опытах с жидкостями, имеющими различные коэффициенты темпера туропроводности.

Выделение раэогреваемой части жидкости в виде цилиндрического кольца с толшиной порядка 10 мкм (размер определяется необходимостью равномерного, в рамках заданной точности i измерения, прогрева жидкости,) позволяет перейти от цилиндрической ге- 65 ометрии к плоскому двумерному случаю (тонкое кольцо ) без изготовления стыков плоских деталей (перегородки и окна). Появление стыков деталей существенно, снимает достижимый перегрев жидкости из-за наличия большого количества готовых центров парообразования.

На чертеже приведена схема ячейки.

Ячейка содержит два объема 1 и 2, заполненные исследуемой электропроводкой жидкостью. Каждый из этих объемов снабжен одним или двумя электродами 3 и .4 (a зависимости от,принятой схеьы измерения электропровод ности и материала, из которого изго(товлен корпус ячейки). Друг от друга объемы отделены диэлектрической перегородкой 5, имеющей соединительный канал для исследуемой жидкости.

Разогреваемая часть жидкости представляет собой цилиндрическое кольцо б, расположенное между торцом перегородки 5 и оптическим окном 7.

Толщина кольца регулируется взаимным перемещением перегородки и окна за счет подвижных уплотнений этих элементов или соответствующей деформации корпуса ячейки с использованием упругой стенки либо различия в термическом расширении деталей.

Ячейка работает следующим образом.

После заполнения ячейки исследуемую жидкость разогревают до начальной температуры, не превышающей темлении, с помощью внешней печи или термостата. Дальнейший разогрев жидкости в кольцевой части канала осуществляют через оптическое окно за счет излучения внешнего источника, например, лазера. Температуру жидкости определяют по излучению ее поверхности с помощью известного пирометра. Одновременно регистрируют электропроводность ячейки, что позволяет изучать проводимость жидкости в метастабильной области и точно фиксировать момент взрывообраэного вскипания. Относя показания параметра изучения к. сигналу вскипания, полученного из измерений электропроводности, определяют температуру достигнутого в опыте перегрева при заданном внешнем давлении.

Давление в ячейке варьирует в серии опытов во всей области метастабильных состояний. Передачу дав-. ления от внешнего устройства осуществляют через упругий элемент или инертный газ.

Использование предлагаемой ячейки позволяет устранить ряд дестабилизирующих факторов, поднять уровень. достижения перегрева электропроводных жидкостей (в первую очередь металлов ) и получить тем самым досто989430

Составитель И. Кривенко

Редактор Т. Веселова Техред М. Надь . Корректор A.Ôåðåíö

Заказ-11115/б2 Тираж 871 Подписное

ВНННПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 верные сведения о природе взрывообразного вскипания к границе достижимых перегревов; повысить точность определения температуры метастабильной жидкости (3-4% пирометрическим способом против 15-25% в области спинодали по грубой аппроксимации электропроводности ).;снять ограничение на минимальное давление в ячейке, что влечет за собой расширение исследований метастабильных состояний на 10 практически влажную область давлений вблизи .и ниже атмосферного (например, проблема взрывообразного вскипа-ния при разгерметизации контура с жидкометаллическим теплоносителем и т.п.) изучать температурную зависимость электропроводимости метастабильной жидкости.

Формула изобретения

Ячейка для измерения свойств перерретых электропроводных жидкостей, содержащая две камеры, сообщакщиесй между собой„ в каждой из которых расположены измерительные электроды, о т л н ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в стенке одной из камер выполнено оптическое окно, а в стенке другой камеры имеется выступавщий цилиндрический канал, посрвством которого камеры сообщаются между собой, причем торец этого канала расположен напвотив оптического окна.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Скрипов В.П. Иетастабильиая жидкость. И., "Наука", 1972, .с. 108.

2. Павлов П.А., Попель П.С. Теплофизические свойства жидкостей и взрывное вскипание. Сборник. Свердловск, Кзд-во Уральского научного центра AH- СССР, 1976 . с. 59-64.