RU1795161C - Способ изменени гидравлического сопротивлени канала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к гидроавтома- тире и может быть использовано при разработке быстродействующих электро- гиАравлических преобразователей. .Цель изобретени  - расширение диапазона изменени  гидравлического сопротивлени  канала - достигаетс  тем, что частота формировани  ультразвуковых колебаний излучател  выбираетс  равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбираетс  из услови : гм/0,, где гм-врем  захлопывани  пузырька; Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области. 2 табл., 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к гидроавтоматике .

Известный способ изменени  гидравли- чесЗкого сопротивлени  канала основан на введении в жидкость потока газа с формированием акустических колебаний переменно амплитуды и фокусировки их внутри карала акустическим концентратором.

Недостаток этого способа состоит в ог- ра()|иченной степени изменени  гидравлического сопротивлени  канала из-за низкой концентрации пузырьков в акустической зоне л малого их радиуса при расширении.

Цель изобретени  - расширение диапазона изменени  гидравлического сопротивлени .

Эта цель достигаетс  тем. что в способе, состо щем во введении в жидкость потока газа с формированием акустических колебании переменной амплитуды и фокусировке их внутри канала акустическим концентратором согласно изобретению частота формировани  ультразвуковых колебаний выбираетс  равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбираетс  из услови :

тм/0,. где гм - врем  захлопывани  пузырька;

Т - период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области.

Предлагаемое изобретение отличаетс  тем, что частота акустических колебаний выбираетс  из услови  обеспечени  резонансных колебаний пузырьков с радиусом Re. a амплитуда акустических колебаний из услови  гм /0,.

Сущность предложенного способа заключаетс  в следующем.

При распространении ультразвуковых волн в жидкости с пузырьками газа происходит периодическое увеличение и уменьшение их объема. Это приводит к

ел С

vi ю ел

(Ј

уменьшению приведенной плотности жидкости в акустической зоне за период колебаний и, как следствие, к изменению расхода через эту область. Приведенна  плотность жидкости определ етс  из выражени 

РРо

1 + b R I (Rm/Ro)3 -

где Rm - максимальный радиус пузырьков; . ро - плотность идеальной жидкости;

b 4/37rNp0 ;

N - концентраци  пузырьков.Р

Уменьшение р, а следовательно и расхода жидкости, достигаетс  путем увеличени  Rm, а также N.. В свою очередь Rm и N  вл ютс  функци ми амплитуды и частоты акустических колебаний.. .::

Поскольку пузырек газа в акустическом поле  вл етс  колебательной системой, при одной и той же амплитуде акустических колебаний , радиус пузырька будет зависеть от частоты. Из анализа частотной характеристики дл  пузырька. °

Rm

Rm Kn (R. ftQ/3

(2 a/R - 41 щ со) кп (R, й)/з

iгде R - средний радиус пузырька;

Kn(R, ft) - сжимаемость пузырька; р- плотность пара; О- коэффициент поверхностного нат - 35 жени ; -...

со, Рт - частота колебаний, амплитуда следует, что Rm имеет максимальное значение при со У0.

Исследовани  зависимости N от ампли- 40 туды акустических колебаний Ра показали, что при выполнении соотношени .

гм/0.. (2) где Гм - врем  заклепывани  пузырька;

Т - период акустических колебаний в 45 акустической кавитационной области, концентраци  пузырьков максимальна и превышает начальную концентрацию более чем на пор док.

На фиг.1 представлена зависимость 50 концентрации пузырьков от питающего излучатель напр жени .

Таким образом, возбуждение. пузырьков акустическими колебани ми, частота ко- торых равна резонансной частоте пузырька 55 с радиусом RO, и амплитудой, определ емой из услови  (2), обеспечивает максимальные величины значений Rm и N, а следовательно и максимальное изменение величины р.

10

15

20

25

30

35

40

45

50 55

Так, например, дл  пузырька радиусом -10 м при резонансной частоте Rm/Ro 23, а вдали от резонанса Rm/Ro 5. Далее, дл  этого же радиуса R0 из графика фиг.1 дл  N/VK имеем:

- при выполнении услови  гм /0, -10 бсм 3;

- при уменьшении или увеличении амплитуды акустических колебаний N/VK резко уменьшаетс  и составл ет

. -10 6см 3

Способ осуществл етс  следующим образом: в жидкость вводитс  поток газа, из которого образуютс  пузырьки с радиусом RO. Одновременно в жидкости концентратором формируютс  ультразвукова  кавитаци- онна  область с амплитудой колебаний, определ емой из услови  гм /0,, и час- тотой,равной резонансной частоте первичных пузырьков с радиусом R0; в ультразвуковой кавитационной области происходит уменьшение плотности жидкости , а следовательно и ее расхода.

Осуществление за вл емого способа по сн етс  с помощью устройства, представленного на фиг.2. Оно содержит канал переменного сечени  1, соосно размещенный вокруг канала в плоскости минимального сечени  сферической твердотельный концентратор 2, согласующую линзу 3, установленную в фокальной области 4 концентратора 2, установленный на внешней поверхности концентратора 2 сферический пьезоэлектрический излучатель 5, канал подачи 6 с отверсти ми дл  генерировани  пузырьков 7.

Устройство работает следующим образом .

Ультразвуковые колебани , частота которых равна резонансной частоте дл  пузырьков с радиусом RO и амплитудой, определенной из услови  тм /0,, возбуждаютс  в пьезоэлектрическом излучателе 5 колебани ми электрического .напр жени . Ультразвукова  волна фокусируетс  концентратором 2 в плоскости минимального сечени  канала 1 в фокальной области 4. Акустическое согласование концентратора с каналом 1 в плоскости минимального сечени  производитс  с помощью согласующей линзы 3. Жидкость протекает по каналу 1 через фокальную область 4 концентратора 2, а газ - через канал б, отверсти  7, фокальную область 4 концентратора 2.

В фокальной области происходит возбуждение пузырьков акустическими колебани ми на резонансной частоте. Наличие в фокальной области пульсирующих пузырьков приводит к уменьшению интегральной плотности жидкости, что приводит к изменению расхода, а следовательно к расширению диапазона изменени  гидравлического сопротивлени .

Ниже привод тс  конкретные примеры осуществлени  за вл емого способа.

В табл.1 и 2 приведены характеристики амплитуды акустических колебаний и характеристики колебаний кавитационных пу- зьфьков в воде при атмосферном давлении, гд0:

f - частота акустических колебаний;

fo - резонансна  частота колебаний пу- зьфьков с радиусом R0;

0,5Т-полупериод акустических колебаний;

Гм - врем  захлопывани  пузырька;

N/VK - концентраци  пузырьков в кави- таЦионной области;

N - количество пузырьков;

Vie-объем кавитационной области;

Rm - максимальный радиус пузырьков;

Рт - амплитуда акустических колебэ- ний.

Из анализа таблицы 1 следует, что максимальный радиус пузырьков зависит от частоты колебаний. При резонансной частоте он максимальный,

Из таблицы 2 следует, что при тт 0,5Т концентраци  пузырьков в акустической области минимальна.

Следовательно, выбор частоты f из услови  резонансных колебаний пузырый ради- уса RO и амплитуды Рт из услови  гт 0,5Т обеспечивает наибольшее изменение плотности жидкости, а следовательно и ее расхода ..

Ф о р м у л а иi з о б р е т е н и   Способ изменени  гидравлического со- пр| тивлени  канала путем введени  в жид- корть потока газа с формированием .акустических колебаний переменной амп- ли--уды и фокусировки их внутри канала с помощью акустического концентратора, о т- лйчающийс  тем, что, с целью расши-- рени  диапазона изменени  гидравлического Сопротивлени , частота формировани 

ультразвуковых колебаний выбираетс  равной резонансной частоте первичных пузырьков вводимого потока газа, а амплитуда формируемых в фокальной области ультразвуковых колебаний выбираетс  из услови :

тм/0,, где гм - врем  захлопывани  пузырька;

Т- период ультразвуковых колебаний в ультразвуковой кавитационной области,

Таблица 1

i----г 24

аэт

Таблица 2

V#-o§b0flt к&6цл О14иомои оёласти

Т

Фиг.2