RU2012064C1

RU2012064C1 - Device for stratifying liquid

Info

Publication number: RU2012064C1
Authority: RU
Inventors: Э.М. Владимирова; А.К. Завьялов; А.И. Сапрыкин
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: experimental hydraulic mechanics. SUBSTANCE: device has systems for inducing and controlling salt stratification; the inducing system incorporates a salt dosing chamber of which the intake opening is in communication with a water supply line, a tank for preparing a salt solution with the help of a mixer, the tank being mounted above the maximum level of fullness of the reservoir and being in communication with the discharge opening of the salt dosing chamber, a float distributor for filling the reservoir layer-by-layer, which is connected through a flexible pipe-line, having a built-in valve for regulating a pressure of salt solution stream, to the salt solution preparation tank; the system for controlling salt stratification has a conductance pickup connected to a recorder graduated in saltiness units, and a sampling tube of which the upper end is connected through a flexible pipe to a saltiness indicator mounted on the lower end of a knife-edge pylon of wing-shaped section, which is mounted for vertical movement in hold-down bearings secured on a carriage resting on the reservoir walls, and mechanisms for its vertical movement such as an electric motor with reduction gear and rack gear. EFFECT: more accurate modelling results. 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам области экспериментальной гидромеханики и применяется в экспериментальной гидромеханике для создания приближенной модели температурных и солевых распределений по глубине, характерных для морей, океанов и других водоемов, содержащих раствор соли, имеющих гидрологические изменения температуры, обусловливающие процессы двойной диффузии и двойной конвекции. The invention relates to devices in the field of experimental hydromechanics and is used in experimental hydromechanics to create an approximate model of temperature and salt depth distributions characteristic of seas, oceans, and other bodies of water containing a salt solution having hydrological changes in temperature that cause double diffusion and double convection processes.

Устройство предназначено для использования в научных целях при лабораторных экспериментальных исследованиях естественных процессов развития двойной конвекции и двойной диффузии в натурных условиях при наличии температурных и солевых распределений. The device is intended for scientific use in laboratory experimental studies of the natural processes of the development of double convection and double diffusion in natural conditions in the presence of temperature and salt distributions.

Известно устройство по авт. св. N 1229799 кл. G 09 В 23/12, 1986 для создания в жидкости стратификации, принятое за прототип. Оно содержит бассейн с исследуемой жидкостью, охлаждающую и нагревающую замкнутые системы, резервуары которых связаны посредством трубопроводов с бассейном, оно имеет систему регулирования параметров процесса, содержащую опирающуюся на стенки бассейна каретку, несущую расположенные на разном уровне температурные датчики контроля, циркуляционные насосы, электрически связанные с температурными датчиками контроля и охлаждающей и нагревающей замкнутыми системами, датчики регулирования температуры, расположенные в резервуарах и установленные в бассейне с возможностью вертикального перемещения, охлаждающий теплообменник, связанный с охлаждающей системой, и расположенный над ним нагревающий теплообменник, связанный с нагревающей системой. A device according to ed. St. N 1229799 C. G 09 In 23/12, 1986 to create a stratification in a fluid, taken as a prototype. It contains a pool with the studied liquid, cooling and heating closed systems, the tanks of which are connected via pipelines to the pool, it has a process control system containing a carriage resting on the pool walls, carrying temperature control sensors located at different levels, and circulation pumps electrically connected to temperature control sensors and cooling and heating closed systems, temperature control sensors located in tanks and installed Indicated in the pool with the possibility of vertical movement, a cooling heat exchanger associated with the cooling system, and a heating heat exchanger located above it, connected with the heating system.

Однако это устройство для создания в жидкости стратификации исключает возможность создания одновременно с температурной и солевой стратификации, характерных для натурных условий. Тем самым существующий недостаток известного устройства исключает из рассмотрения все задачи с проведением исследований процессов двойной конвекции и двойной диффузии, что ограничивает диапазон решаемых задач. However, this device for creating stratification in a liquid excludes the possibility of creating, simultaneously with temperature and salt stratification, characteristic of natural conditions. Thus, the existing disadvantage of the known device excludes from consideration all problems with conducting research on the processes of double convection and double diffusion, which limits the range of tasks.

Заявляемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в расширении диапазона решаемых задач и обеспечении возможности исследования процессов двойной конвекции и двойной диффузии путем одновременного воспроизведения вертикальных солевых и температурных распределений, существующих в натурных условиях. The claimed invention is aimed at obtaining a technical result, which consists in expanding the range of tasks and providing the possibility of studying the processes of double convection and double diffusion by simultaneously reproducing vertical salt and temperature distributions existing in natural conditions.

Для этого известное устройство (авт. св. N 1229799) для создания в жидкости стратификации одержит системы обеспечения и контроля солевой стратификации, при этом система обеспечения содержит камеру дозировки соли, входное отверстие которой соединено с водопроводом, расположенный выше максимального уровня налива в бассейн бак подготовки раствора соли с мешалкой, соединенный с выходным отверстием камеры дозировки соли, поплавковый распределитель послойной заливки бассейна, связанный гибким трубопроводом с встроенным в него вентилем регулировки напора струи раствора соли с баком подготовки раствора соли, а система контроля солевой стратификации содержит датчик электропроводности, соединенный с самописцем, от градуированным в единицах солености, и пробоотборную трубку, верхний конец которой гибким шлангом соединен с индикатором солености, закрепленным на нижнем конце ножевидного пилона крыловидного сечения, установленного с возможностью вертикального перемещения в прижимных подшипниках, закрепленных на каретке, опирающейся на стенки бассейна, и механизм его вертикального перемещения, например электродвигатель с редуктором и реечной передачей. For this, the known device (auth. St. N 1229799) for creating stratification in a liquid will have a system for providing and controlling salt stratification, and the system for providing contains a salt dosage chamber, the inlet of which is connected to the water supply, located above the maximum level of filling the preparation tank salt solution with a mixer, connected to the outlet of the salt metering chamber, a float distributor for layer-by-layer filling of the pool, connected by a flexible pipe with an integral control valve in it the pressure of the salt solution jet with the salt solution preparation tank, and the salt stratification control system includes a conductivity sensor connected to the recorder, calibrated in units of salinity, and a sampling tube, the upper end of which is connected by a flexible hose to the salinity indicator mounted on the lower end of the knife-shaped pylon wing-shaped section installed with the possibility of vertical movement in the clamping bearings mounted on a carriage resting on the walls of the pool, and its vertical mechanism of displacement, for example a motor reducer and a rack and pinion.

Предложенное техническое решение имеет признаки, отличающие его от прототипа, поэтому оно обладает "новизной". The proposed technical solution has features that distinguish it from the prototype, so it has a "novelty."

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для создания стратификации жидкости; на фиг. 2 - узел вертикального перемещения датчиков контроля солености и температуры, включающий каретку, пилон, прижимные подшипники, электродвигатель с редуктором и реечной передачей; на фиг. 3 представлено распределение плотности жидкости из-за изменения температуры в бассейне с помощью нагревающей и охлаждающей систем; на фиг. 4 - распределение плотности жидкости из-за изменения солености в бассейне с помощью системы обеспечения солености; на фиг. 5 - распределение плотности жидкости, полученное с помощью одновременного использования систем подогрева, охлаждения и обеспечения солености. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for creating fluid stratification; in FIG. 2 - node vertical movement of sensors for monitoring salinity and temperature, including the carriage, pylon, clamping bearings, an electric motor with gear and rack and pinion; in FIG. 3 shows the distribution of fluid density due to changes in temperature in the pool using heating and cooling systems; in FIG. 4 - distribution of fluid density due to changes in salinity in the pool using a salinity system; in FIG. 5 is a distribution of the density of a fluid obtained by simultaneously using heating, cooling, and salinity systems.

Устройство содержит бассейн 1 с исследуемой жидкостью, охлаждающую и нагревающую системы, резервуары 2 и 3 которых посредством трубопроводов 4 связаны с бассейном 1, систему регулирования параметров процесса, содержащую расположенные на разном уровне температурные датчики контроля, циркуляционные насосы 7, электрически связанные с датчиками и охлаждающей и нагревающей замкнутыми системами, датчики 8 регулирования температуры, расположенные в резервуарах 2 и 3, охлаждающий теплообменник 9, связанный с охлаждающей системой, и нагревающий теплообменник 10, расположенный над теплообменником 9, связанный с нагревающей системой с возможностью вертикального перемещения, систему обеспечения и контроля солевой стратификации, при этом система обеспечения включает камеру 11 дозировки соли, входное отверстие которой соединено с водопроводом, расположенный выше максимального уровня налива в бассейн бак 12 подготовки раствора соли с мешалкой 13, соединенный с выходным отверстием камеры дозировки соли, поплавковый распределитель 14 послойной заливки бассейна, связанный гибким трубопроводом 15 с встроенным в него вентилем 16 регулировки напора струи раствора соли с баком 12 подготовки раствора соли, а система контроля солевой стратификации содержит датчик 17 электропроводности, соединенный с самописцем 18, отградуированным в единицах солености, и пробоотборную трубку 19, верхний конец которой гибким шлангом соединен с индикатором 20 солености, закрепленным на нижнем конце ножевидного пилона 21 крыловидного сечения, установленного с возможностью вертикального перемещения в прижимных подшипниках 22, закрепленных на каретке, опирающейся на стенки бассейна, и механизм его вертикального перемещения, например электродвигатель 23 с редуктором 24 и реечной передачей 25. The device comprises a pool 1 with the studied liquid, cooling and heating systems, tanks 2 and 3 of which are connected via the pipelines 4 to the pool 1, a process control system containing temperature control sensors located at different levels, circulation pumps 7, electrically connected to the sensors and cooling and heating closed systems, temperature control sensors 8 located in tanks 2 and 3, a cooling heat exchanger 9, connected to the cooling system, and heating a heat exchanger 10 located above the heat exchanger 9, connected to the heating system with the possibility of vertical movement, a system for providing and monitoring salt stratification, the system for providing includes a salt dosage chamber 11, the inlet of which is connected to the water supply, located above the maximum level of filling the tank 12 preparing a salt solution with a stirrer 13 connected to the outlet of the salt metering chamber, a float distributor 14 for layer-by-layer pool filling, connected by a flexible pipe 15 with a valve 16 for adjusting the pressure of the salt solution jet with a salt preparation tank 12, and the salt stratification control system includes a conductivity sensor 17 connected to a recorder 18, calibrated in units of salinity, and a sampling tube 19, the upper end of which is a flexible hose connected to the salinity indicator 20, mounted on the lower end of the wing-shaped pylon 21, mounted vertically in clamping bearings 22 mounted on the carriage, o irayuscheysya on the pool wall, and a mechanism for its vertical displacement, such as a motor 23 with reduction gear 24 and rack gear 25.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В камеру 11 дозировки соли закладывается расчетное количество соли, куда до центрального водопровода направляется струя пресной воды для растворения соли и одновременного заполнения бака 12 подготовки раствора соли, расположенного выше максимального уровня налива воды в бассейн, где происходит перемешивание раствора соли мешалкой 13. Приготовленный однородный раствор соли с заданной концентрацией сливается в поплавковый распределитель 14 по гибкому трубопроводу 15 с возможностью регулировки напора струи встроенным в него вентилем 16. Поплавковый распределитель 14 вдоль периметра имеет щель, через которую приготовленный раствор соли растекается по свободной поверхности, заполняя бассейн. Послойной заливкой достигается необходимое распределение по вертикали раствора соли в бассейне. Контроль вертикального распределения соли осуществляется с помощью датчика 17 электропроводности, соединенного с самописцем 18, и пробоотборной трубки 19 с индикатором 20 солености, закрепленным, например, с помощью прижимной планки на нижнем конце боковой стороны ножевидного пилона 21, имеющего возможность вертикального перемещения в прижимных подшипниках 22, закрепленных на каретке, опирающейся на стенки бассейна, с помощью электродвигателя 23, редуктора 24 и реечной передачи 25. После установления солевой стратификации охлаждающий 9 и нагревающий 10 теплообменники устанавливаются в бассейне на штангах и фиксируются на горизонтах, обеспечивающих заданное распределение температуры по вертикали. Рабочая жидкость из резервуаров 2 и 3 циркуляционным насосом 7 подается в теплообменники 9 для охлаждения нижних слоев жидкости и в теплообменник 10 для подогрева верхних слоев жидкости бассейна с последующим возвратом рабочей жидкости в резервуары 2 и 3 для восстановления заданной температуры. Температурные датчики контроля и датчики 8 регулирования температуры обеспечивают заданное распределение температуры в бассейне на глубинных горизонтах с устойчивым градиентом. In the salt dosage chamber 11, the calculated amount of salt is laid, where a fresh water stream is sent to the central water supply to dissolve the salt and simultaneously fill the tank 12 for preparing the salt solution located above the maximum level of the water filling the pool, where the salt solution is mixed with a stirrer 13. A homogeneous solution is prepared. salt with a given concentration is discharged into the float distributor 14 through a flexible pipe 15 with the possibility of adjusting the pressure of the jet built-in valve 16. Pop the bench distributor 14 along the perimeter has a gap through which the prepared salt solution spreads over the free surface, filling the pool. By layer-by-layer filling, the necessary vertical distribution of the salt solution in the pool is achieved. The vertical distribution of salt is monitored using a conductivity sensor 17 connected to the recorder 18 and a sampling tube 19 with a salinity indicator 20, mounted, for example, using a pressure bar at the lower end of the side of the knife-like pylon 21, which can be vertically moved in the pressure bearings 22 mounted on a carriage resting on the pool walls using an electric motor 23, a gearbox 24 and a rack gear 25. After the establishment of salt stratification, cooling 9 and heating With heat exchangers 10 installed in the pool on the rods and fixed at the horizons, providing a given temperature distribution along the vertical. The working fluid from the tanks 2 and 3 is circulated by a circulation pump 7 to the heat exchangers 9 for cooling the lower layers of the liquid and to the heat exchanger 10 to heat the upper layers of the pool fluid and then return the working fluid to the tanks 2 and 3 to restore the set temperature. Temperature control sensors and temperature control sensors 8 provide a predetermined temperature distribution in the pool at deep horizons with a stable gradient.

Claims

DEVICE FOR CREATING A LIQUID STRATIFICATION, including a pool with a test liquid, cooling and heating closed systems, tanks of which are connected by pipelines to a pool, a system for controlling process parameters, a carriage resting on the pool walls, carrying temperature control sensors located on it at different levels, circulation pumps electrically connected to control sensors and cooling and heating systems, temperature control system sensors located in the reserve optionally installed in the pool with the possibility of vertical movement, the cooling heat exchanger associated with the cooling system, and the heating heat exchanger located above it, connected with the heating system, characterized in that it is supplemented by systems for providing and controlling salt stratification, while the providing system includes a metering chamber salt, the inlet of which is connected to the water supply, located above the maximum level of filling in the pool salt preparation tank with a stirrer, connected with the outlet of the salt metering chamber, and a float distributor for layer-by-layer filling of the pool connected by a flexible pipe having a valve for adjusting the pressure of the jet of salt solution with a tank for preparing the salt solution, and the salt stratification control system includes a knife-shaped pylon of pterygo-shaped section mounted with the possibility of vertical movement in pressure bearings mounted on the carriage, the mechanism of vertical movement of the pylon in the form of an electric motor with rack and pinion and mounted on the lower end pylon conductivity sensor is equipped with a recorder, Suitably calibrated in salinity units, the salinity indicator and sampling tube connected to the upper end of the indicator.