RU2630192C1 - Installation for identifying turbulent initial section in small cross-section channels - Google Patents

Installation for identifying turbulent initial section in small cross-section channels Download PDF

Info

Publication number
RU2630192C1
RU2630192C1 RU2016130508A RU2016130508A RU2630192C1 RU 2630192 C1 RU2630192 C1 RU 2630192C1 RU 2016130508 A RU2016130508 A RU 2016130508A RU 2016130508 A RU2016130508 A RU 2016130508A RU 2630192 C1 RU2630192 C1 RU 2630192C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cavity
heat exchanger
container
section
installation
Prior art date
Application number
RU2016130508A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Ряжских
Борис Александрович Грищенко
Алексей Владимирович Иванов
Владимир Викторович Черниченко
Анатолий Анатольевич Хвостов
Виктор Васильевич Синюков
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2016130508A priority Critical patent/RU2630192C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2630192C1 publication Critical patent/RU2630192C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: installation for identifying the turbulent initial section in the small cross-section channels contains a container for the Newtonian fluid under investigation and a heat exchanger, which is a pipeline consisting of several parallel sections connected together. The cavity of the said container is connected to the inlet part of the heat exchanger cavity. The outlet part of the heat exchanger cavity opens into the cavity of the measuring container mounted on the high-precision scales. The cavity of the container for the investigated liquid is additionally connected to the outlet cavity of the compressor unit, and the inlet part of the measuring container cavity is connected to the outlet branch of the container for the investigated liquid through the cavity of the heat exchanger and through the container cavity of the investigated liquid - with the cavity of the compressor unit.
EFFECT: eliminating the liquid pulsations for measurements.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидродинамики и может быть использовано при разработке теплообменных аппаратов, использующих эффект начального участка.The invention relates to the field of hydrodynamics and can be used in the development of heat exchangers using the effect of the initial section.

Одной из фундаментальных задач гидродинамики является определение влияния условий входа рабочего тела в каналы различного поперечного сечения на протяженность области, в которой формируется структура установившегося турбулентного течения ньютоновской жидкости. Данная задача имеет важное прикладное значение при идентификации явлений переноса в несопряженных и слабосопряженных процессах тепломассообмена в энергетике, авиакосмической технике, химической и пищевой промышленности и других областях техники.One of the fundamental problems of hydrodynamics is to determine the influence of the conditions of the entrance of the working fluid into the channels of various cross sections on the extent of the region in which the structure of the steady turbulent flow of Newtonian fluid is formed. This task is of great practical importance in identifying transport phenomena in non-conjugated and weakly conjugated heat and mass transfer processes in the energy sector, aerospace engineering, the chemical and food industries, and other technical fields.

Известен способ идентификации турбулентного начального участка в каналах малого поперечного сечения, заключающийся в определении влияния условий входа в каналы различного поперечного сечения на протяженность области, в которой формируется структура установившегося турбулентного течения ньютоновской жидкости, что, перед началом исследования, в емкость заливают исследуемую ньютоновскую жидкость затем жидкость из емкости подают в исследуемый теплообменник, представляющий собой трубопровод, состоящий из нескольких параллельных участков, соединенных между собой, после чего исследуемую жидкость из теплообменника сливают в мерную емкость, которую устанавливают на высокоточные весы, после чего определяют гипотетическое давление на входе в канал путем суммирования значения ранее измеренного давления в канале при помощи установленного на выходе манометра и определенного расчетным путем значения перепада давления (Lien K., Monty J.P., Chong M.S., Ooi A. The Entrance length for Fully Developed Turbulent Channel Flaw/ 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. The University of Sydney, Sydney, Australia. Sydney: US. 2004. pp. 44-49).There is a method of identifying a turbulent initial section in channels of small cross section, which consists in determining the influence of the conditions of entry into channels of various cross sections on the length of the region in which the structure of the steady turbulent flow of a Newtonian fluid is formed, which, before the start of the study, the investigated Newtonian fluid is then poured liquid from the tank is fed into the studied heat exchanger, which is a pipeline consisting of several parallel parts connected to each other, after which the test liquid from the heat exchanger is poured into a measuring tank, which is installed on a high-precision balance, after which the hypothetical pressure at the channel inlet is determined by summing the previously measured pressure in the channel using a pressure gauge installed at the outlet and determined by calculation differential pressure values (Lien K., Monty JP, Chong MS, Ooi A. The Entrance length for Fully Developed Turbulent Channel Flaw / 15 th Australasian Fluid Mechanics Conference. The University of Sydney, Sydney, Australia. Sydney: US. 2004. pp. 44-49).

Известна установка для реализации указанного способа, содержащая емкость для исследуемой ньютоновской жидкости, теплообменник, представляющий собой трубопровод, состоящий из нескольких параллельных участков, соединенных между собой, причем полость упомянутой емкости соединена с входной частью полости теплообменника, при этом выходная часть полости теплообменника открывается в полость мерной емкости, установленной на высокоточных весах, компрессорный агрегат (Lien K., Monty J.P., Chong M.S., Ooi A. The Entrance length for Fully Developed Turbulent Channel Flaw/ 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. The University of Sydney, Sydney, Australia. Sydney: US. 2004. pp. 44-49 - прототип).A known installation for implementing this method, containing a container for the Newtonian fluid under study, a heat exchanger, which is a pipeline consisting of several parallel sections connected to each other, and the cavity of the said tank is connected to the input part of the cavity of the heat exchanger, while the output part of the cavity of the heat exchanger opens into the cavity capacity tank mounted on high precision scales, compressor unit (Lien K., Monty JP, Chong MS, Ooi A. The Entrance length for Fully Developed Turbulent Channel Flaw / 15 th Australasian Fluid Mechanics Conference. The University of Sydney, Sydney, Australia. Sydney: US. 2004. pp. 44-49 - prototype).

Основным недостатком указанной установки является влияние пульсаций жидкости на точность замеров.The main disadvantage of this installation is the influence of fluid pulsations on the accuracy of measurements.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание установки для идентификации турбулентного начального участка в каналах малого поперечного сечения, применение которой позволит обеспечить требуемую точность измерений.The objective of the proposed invention is to remedy these shortcomings and create an installation for identifying a turbulent initial section in the channels of small cross-section, the use of which will ensure the required measurement accuracy.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной установке для идентификации турбулентного начального участка в каналах малого поперечного сечения, содержащей емкость для исследуемой ньютоновской жидкости, теплообменник, представляющий собой трубопровод, состоящий из нескольких параллельных участков, соединенных между собой, причем полость упомянутой емкости соединена с входной частью полости теплообменника, при этом выходная часть полости теплообменника открывается в полость мерной емкости, установленной на высокоточных весах, согласно изобретению, полость емкости для исследуемой жидкости дополнительно соединена с выходной полостью компрессорного агрегата, а входная часть полости мерной емкости соединена с выходным патрубком емкости для исследуемой жидкости через полость теплообменника и через полость емкости исследуемой жидкости с полостью компрессорного агрегата.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed installation for identifying a turbulent initial section in the channels of small cross section containing a container for the Newtonian fluid under study, a heat exchanger is a pipeline consisting of several parallel sections connected to each other, and the cavity of the said container is connected to the input part of the cavity of the heat exchanger, while the output part of the cavity of the heat exchanger opens into the cavity of the measuring tank installed at high balance having, according to the invention, the cavity for the sample liquid vessel is additionally connected with the outlet cavity of the compressor unit, and the input portion of the cavity measuring container is connected with an outlet for sample liquid containers through the heat exchanger cavity and through the cavity of the sample liquid container to the cavity of the compressor unit.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема установки, на фиг. 2 - графики изменения избыточного давления по длине трубы с внутренним диаметром 4,5 мм, полученные экспериментальным и теоретическим путем. На фиг. 3 приведена зависимость длины начального участка от числа Рейнольдса. Полученные данные свидетельствуют, что длина начального участка больше экспериментальных данных, полученных по действующим методикам. Сплошная линия-расчет без учета влияния начального участка. Точками обозначены экспериментальные значения.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of the installation, in FIG. 2 - graphs of changes in excess pressure along the length of the pipe with an inner diameter of 4.5 mm, obtained experimentally and theoretically. In FIG. Figure 3 shows the dependence of the length of the initial section on the Reynolds number. The data obtained indicate that the length of the initial section is greater than the experimental data obtained by current methods. The solid line is the calculation without taking into account the influence of the initial section. Dots indicate experimental values.

Предложенная установка содержит компрессорный агрегат 1, соединенный с полостью емкости 2 для исследуемой ньютоновской жидкости (далее-жидкость). На выходе из полости емкости 2 установлен манометр 3, который измеряет давление жидкости на входе в теплообменник 4. На выходе из теплообменника 4 установлен манометр 5 для определения давления исследуемой ньютоновской жидкости. Из теплообменника 4 исследуемая ньютоновская жидкость под давлением поступает в приемную емкость 6. Приемная емкость 6 установлена на высокоточных весах 7. Для перепуска жидкости из теплообменника 4 в емкость 6 служит вентиль 8, а для перепуска жидкости из емкости 2 в теплобменник 4 - вентиль 9. Для измерения давления жидкости на входе в емкость 2 установлен манометр 10. Для соединения емкости 2 с компрессорным агрегатом 1 служит вентиль 11.The proposed installation contains a compressor unit 1 connected to the cavity of the tank 2 for the investigated Newtonian fluid (hereinafter, the fluid). At the outlet of the cavity of the vessel 2, a pressure gauge 3 is installed, which measures the pressure of the liquid at the inlet to the heat exchanger 4. At the exit of the heat exchanger 4, a pressure gauge 5 is installed to determine the pressure of the Newtonian fluid under study. From the heat exchanger 4, the investigated Newtonian liquid under pressure enters the receiving tank 6. The receiving tank 6 is mounted on a high-precision balance 7. For valve transferring liquid from the heat exchanger 4 to vessel 6, valve 8 is used, and for transferring liquid from the vessel 2 to heat exchanger 4, valve 9 is used. To measure the pressure of the liquid at the inlet to the tank 2, a pressure gauge 10 is installed. To connect the tank 2 with the compressor unit 1, the valve 11 is used.

В линии между компрессорным агрегатом 1 и емкостью 2 установлен регулятор давления 12.In the line between the compressor unit 1 and capacity 2, a pressure regulator 12 is installed.

Предложенная установка работает следующим образом.The proposed installation works as follows.

В емкость 2 заливается ньютоновскую жидкость. При помощи компрессорного агрегата 1 создается требуемое давление в паровом пространстве емкости 2. Контроль давления проводится по манометру 10. Величина создаваемого давления регулируется при помощи регулятора давления 12. Открывается вентиль 9, и при наступлении стационарного режима течения, который определяется по манометрам 3 и 5, установленным на входе и на выходе из теплообменника соответственно, открывается вентиль 8. Слив ньютоновской жидкости производится в приемную емкость 6, которая предварительно устанавливается на высокоточных весах 7. Установившийся режим течения контролируется по показаниям манометров 3 и 5.Newtonian fluid is poured into the container 2. Using the compressor unit 1, the required pressure is created in the steam space of the vessel 2. The pressure is monitored using a pressure gauge 10. The pressure generated is regulated using a pressure regulator 12. Valve 9 opens, and when stationary flow conditions occur, which is determined by pressure gauges 3 and 5, installed at the inlet and outlet of the heat exchanger, respectively, opens the valve 8. The Newtonian fluid is discharged into the receiving tank 6, which is pre-installed on high-precision weighing balance 7. The steady flow mode is controlled by the readings of pressure gauges 3 and 5.

На рабочем участке теплообменника, между манометрами 3 и 5, измерения проводят при помощи стационарных манометров типа МО с условными шкалами и одновитковой пружиной класса точности 0,15 (не обозначены).On the working section of the heat exchanger, between pressure gauges 3 and 5, measurements are carried out using stationary pressure gauges of the MO type with conditional scales and a single-coil spring of accuracy class 0.15 (not indicated).

Путем многократных сливов определяются начало tнач и окончание tкон промежутка времени в секундах, а также показания весов в эти моменты времени mнач и mкон в килограммах, после чего находятся локальные массовые расходы Gi:By multiple drains, the beginning of t beginning and the end of t con of the time interval in seconds, as well as the readings of the weights at these time instants m begin and m con in kilograms are determined, after which the local mass flow rates G i are found :

Figure 00000001
Figure 00000001

После определения локальных расходов определяется массовый расход G:After determining the local costs, the mass flow rate G is determined:

Figure 00000002
Figure 00000002

Работы проводились при четырехкратных проливках.The work was carried out with fourfold spills.

Зная плотность жидкости ρ, определяется объемный расход U:Knowing the fluid density ρ, the volumetric flow rate U is determined:

Figure 00000003
Figure 00000003

После чего, определив проходную площадь сечения S по внутреннему диаметру канала d, определяют среднюю скорость течения жидкости в канале:Then, having determined the passage area of the cross-section S by the inner diameter of the channel d, determine the average velocity of the fluid flow in the channel:

Figure 00000004
Figure 00000004

По вычисленной средней скорости и известной кинематической вязкости ϑ исследуемой ньютоновской жидкости определяется режим течения по числу Рейнольдса Re:From the calculated average velocity and the known kinematic viscosity ϑ of the investigated Newtonian fluid, the flow regime is determined from the Reynolds number Re:

Figure 00000005
Figure 00000005

После этого по числу Рейнольдса и формуле Блазиуса для установившегося режима получается значение коэффициента сопротивления трению ξ:After that, from the Reynolds number and the Blasius formula for the steady state, the value of the coefficient of friction resistance ξ is obtained:

Figure 00000006
Figure 00000006

И далее определяется перепад давления ΔР на теплообменнике без учета начального давления по формуле Дарси:And then the pressure drop ΔР on the heat exchanger is determined without taking into account the initial pressure according to the Darcy formula:

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где:

Figure 00000008
- длина канала.Where:
Figure 00000008
is the length of the channel.

После чего, по измеренному давлению

Figure 00000009
на манометре 5, определяется гипотетическое давление на входе в канал Ро теплообменникаThen, according to the measured pressure
Figure 00000009
on the manometer 5, a hypothetical pressure is determined at the inlet of the heat exchanger channel P about

Figure 00000010
Figure 00000010

Проведенные авторами и заявителем теоретические, экспериментальные и аналитические исследования подтвердили правильность приложенных конструкторско-технологических решений.Theoretical, experimental and analytical studies carried out by the authors and the applicant confirmed the correctness of the applied design and technological solutions.

Следует понимать, что в устройство вышеописанной установки и ее составных частей можно вносить различные изменения, модификации и (или) добавления, не выходя при этом за рамки сущности и объема изобретения.It should be understood that various changes, modifications and (or) additions can be made to the device of the above-described installation and its components without going beyond the essence and scope of the invention.

Использование предложенного технического решения позволит создать установку для идентификации турбулентного начального участка в каналах малого поперечного сечения, применение которой даст возможность более подробно описать турбулентное течение на входном гидродинамическом участке и исключить влияние пульсаций жидкости на замеры.Using the proposed technical solution will allow you to create a setup for identifying the turbulent initial section in the channels of small cross-section, the use of which will make it possible to describe in more detail the turbulent flow at the inlet hydrodynamic section and to exclude the influence of fluid pulsations on measurements.

Claims (1)

Установка для идентификации турбулентного начального участка в каналах малого поперечного сечения, содержащая емкость для исследуемой ньютоновской жидкости, теплообменник, представляющий собой трубопровод, состоящий из нескольких параллельных участков, соединенных между собой, причем полость упомянутой емкости соединена с входной частью полости теплообменника, при этом выходная часть полости теплообменника открывается в полость мерной емкости, установленной на высокоточных весах, компрессорный агрегат, отличающаяся тем, что полость емкости для исследуемой жидкости дополнительно соединена с выходной полостью компрессорного агрегата, а входная часть полости мерной емкости соединена с выходным патрубком емкости для исследуемой жидкости через полость теплообменника и через полость емкости исследуемой жидкости с полостью компрессорного агрегата.Installation for identifying a turbulent initial section in the channels of small cross-section, containing a container for the studied Newtonian fluid, a heat exchanger, which is a pipeline consisting of several parallel sections interconnected, and the cavity of the said container is connected to the input part of the cavity of the heat exchanger, while the output part the cavity of the heat exchanger opens into the cavity of the measuring tank mounted on a high-precision balance, a compressor unit, characterized in that The containers for the test fluid are additionally connected to the outlet cavity of the compressor unit, and the inlet of the cavity of the measuring tank is connected to the outlet of the tank for the test fluid through the cavity of the heat exchanger and through the cavity of the test fluid tank to the cavity of the compressor unit.
RU2016130508A 2016-07-25 2016-07-25 Installation for identifying turbulent initial section in small cross-section channels RU2630192C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130508A RU2630192C1 (en) 2016-07-25 2016-07-25 Installation for identifying turbulent initial section in small cross-section channels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130508A RU2630192C1 (en) 2016-07-25 2016-07-25 Installation for identifying turbulent initial section in small cross-section channels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2630192C1 true RU2630192C1 (en) 2017-09-05

Family

ID=59797593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016130508A RU2630192C1 (en) 2016-07-25 2016-07-25 Installation for identifying turbulent initial section in small cross-section channels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2630192C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1383142A1 (en) * 1986-08-11 1988-03-23 Киевский Инженерно-Строительный Институт Device for measuring flow turbulence
CN102589641A (en) * 2012-03-12 2012-07-18 唐山现代工控技术有限公司 Method for eliminating influences of flowing water during measurement of water level of turbulence channel and special water stabilizing device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1383142A1 (en) * 1986-08-11 1988-03-23 Киевский Инженерно-Строительный Институт Device for measuring flow turbulence
CN102589641A (en) * 2012-03-12 2012-07-18 唐山现代工控技术有限公司 Method for eliminating influences of flowing water during measurement of water level of turbulence channel and special water stabilizing device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Lien K., Monty J.P., Chong M.S., Ooi A. The Entrance length for Fully Developed Turbulent Channel Flaw/ 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. The University of Sydney, Sydney, Australia. Sydney: US. 2004. стр. 44-49. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8915145B1 (en) Multiphase mass flow metering system and method using density and volumetric flow rate determination
US20110296911A1 (en) Method and apparatus for measuring the density of a flowing fluid in a conduit using differential pressure
Fester et al. Energy losses of non-Newtonian fluids in sudden pipe contractions
RU151950U1 (en) HYDRODYNAMIC STAND FOR TESTING ANTI-TURBULENT ADDITIVES FOR OIL AND OIL PRODUCTS
Chowdhury et al. Modeling pressure losses for Newtonian and non-Newtonian laminar and turbulent flow in long square edged orifices
Guo et al. Thermal diffusion response to gas–liquid slug flow and its application in measurement
CN203657895U (en) Liquid flow verification system for flow meter
CN104502231A (en) Double capillary viscometer for high temperature and high pressure and test method thereof
Guo et al. Prediction of gas–liquid two-phase flow rates through a vertical pipe based on thermal diffusion
RU2630192C1 (en) Installation for identifying turbulent initial section in small cross-section channels
RU2348918C2 (en) Density gauge for liquid or gaseous mediums
Tam et al. The effect of inner surface roughness and heating on friction factor in horizontal mini-tubes
Colwell et al. The entry length for slurries in horizontal pipeline flow
Tam et al. The effect of inner surface roughness and heating on friction factor in horizontal micro-tubes
RU2359247C1 (en) Density metre-flow metre for liquid and gaseous media
Ntamba Non-Newtonian pressure loss and discharge coefficients for short square-edged orifices plates
RU2743511C1 (en) Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device
Remiorz et al. An instrument for the measurement of density of a liquid flowing in a pipeline
RU164946U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PARAMETERS OF LOW-VISCOUS AND VISCOUS FLUIDS IN A PIPELINE
Tam et al. Effect of Heating on the Fully-Developed Friction Factors in Horizontal Mini-Tubes
RU2737243C1 (en) In-line instrument for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device
RU72763U1 (en) DENSITY-FLOW METER OF LIQUID OR GAS MEDIA
RU2634081C2 (en) Device for measuring parameters of gas-liquid mixture obtained from oil wells
EP2392910A2 (en) Method and apparatus for measuring the density of a flowing fluid in a conduit using differential pressure
Abesekera et al. Liquid flow measurement by cross-correlation of temperature fluctuations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180726