RU28395U1 - Device for sound-luminescent control of impurities in running water - Google Patents
Device for sound-luminescent control of impurities in running water Download PDFInfo
- Publication number
- RU28395U1 RU28395U1 RU2002115356/20U RU2002115356U RU28395U1 RU 28395 U1 RU28395 U1 RU 28395U1 RU 2002115356/20 U RU2002115356/20 U RU 2002115356/20U RU 2002115356 U RU2002115356 U RU 2002115356U RU 28395 U1 RU28395 U1 RU 28395U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cuvette
- sound
- section
- water
- cross
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Optical Measuring Cells (AREA)
Description
Устройство для звуколюминесцентного контроля примесей в проточной водеDevice for sound-luminescent control of impurities in running water
Полезная модель может найти применение для контроля чистоты питьевой и технической воды.The utility model may find application for monitoring the purity of drinking and industrial water.
Известно устройство-аналог, содержащее последовательно соединенные генератор и излучатель акустических волн с плоской апертурой диаметром 70мм, также содержащее кювету с водой и фотоумножитель для наблюдения за звуколюминесценцией (сонолюминесценпией) при акустической кавитации в жидкости (B.C. Тесленко, Г.Н. Санкин. А.П. Дрожжин. Свечение в воде и глицерине в поле плоских ударно-акустических волн. - Новосибирск: Труды института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, 1996).A similar device is known, which contains a series-connected acoustic wave generator and emitter with a flat aperture with a diameter of 70 mm, also containing a cuvette with water and a photomultiplier for observing sound luminescence (sonoluminescence) during acoustic cavitation in a liquid (BC Teslenko, G.N. Sankin. A. P. Drozhzhin, Glow in water and glycerin in a field of plane shock-acoustic waves, Novosibirsk: Proceedings of the MA Lavrentyev Institute of Hydrodynamics SB RAS, 1996).
Недостатком устройства-аналога является необходимость создания коротких ударно-акустических волн через значительные промежутки времени, что не позволяет обеспечить непрерывные наблюдения звуколюминесценции в проточной жидкости.The disadvantage of the analog device is the need to create short shock-acoustic waves at significant intervals, which does not allow for continuous monitoring of sound luminescence in the flowing fluid.
Известно устройство-аналог, содержащее последовательно соединенные генератор и излучатель акустических волн с излучающей поверхностью в форме сегмента сферы с апертурой диаметром 70мм, также содержащее кювету с водой и фотоумножитель для наблюдения за люминесценцией при акустической кавитации в жидкости.A similar device is known, which contains a series-connected generator and emitter of acoustic waves with a radiating surface in the form of a segment of a sphere with an aperture of diameter 70 mm, also containing a cuvette with water and a photomultiplier for observing luminescence during acoustic cavitation in a liquid.
В этом устройстве-аналоге использ ются ударные акустические волны с биполярным профилем в виде волны сжатия с длительностью 2 мкс при акустическом давлении - 40 МПа (B.C. Тесленко, Ю.Э. Данилов, В.П. Сафонов. Кинетика сонолюминесценции и образование коллоидных частиц при фокусировке ударных волн в жидкости. - Новосибирск: Акустика неоднородных сред, выпуск 112, 1997 - с. 235241).This analog device uses shock acoustic waves with a bipolar profile in the form of a compression wave with a duration of 2 μs at an acoustic pressure of 40 MPa (BC Teslenko, Yu.E. Danilov, VP Safonov. Sonoluminescence kinetics and colloidal particle formation at focusing of shock waves in a liquid. - Novosibirsk: Acoustics of heterogeneous media, issue 112, 1997 - p. 235241).
Это устройство-аналог также не позволяет обеспечить непрерывное наблюдение звуколюминесценции в проточной жидкости.This analog device also does not allow continuous monitoring of sound luminescence in the flowing fluid.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип полезной модели, является аппаратура для люминесценции содержащая последовательно соединенные генератор и цилиндрический излучатель, заполненный испытываемой жидкостью, также содержит охлаждаемую кювету с излучателем, также содержит фотоумножительThe closest analogue selected for the prototype of the utility model is a luminescence apparatus containing a series-connected generator and a cylindrical emitter filled with the test liquid, also contains a cooled cell with the emitter, also contains a photomultiplier
GOl N29/02GOl N29 / 02
для наблюдения за люминесценцией в кювете (Р. Jarman. Measurements of Sonoluminescence from Pure Liquids and Some Aqueous Solutions - Proc. Phys. Soc. (London), vol.73, №472 - p. 631).for observing luminescence in a cuvette (P. Jarman. Measurements of Sonoluminescence from Pure Liquids and Some Aqueous Solutions - Proc. Phys. Soc. (London), vol. 73, No. 472 - p. 631).
Недостатками устройства-прототипа являются, во-первых, необходимость подачи мощных акустических волн, приводящих к разогреву излучателя и необходимости его охлаждения, во-вторых, невозможность с его помощью наблюдать за проточной жидкостью, в-третьих, возможность попадания брызг жидкости на кварцевое окно фотоумножителя, что приведет к погрещностям измерения.The disadvantages of the prototype device are, firstly, the need to supply powerful acoustic waves, leading to the heating of the emitter and the need to cool it, secondly, the inability to use it to observe the flowing fluid, and thirdly, the possibility of liquid splashing on the quartz window of the photomultiplier , which will lead to measurement errors.
Задачей полезной модели является люминесцентный контроль чистоты протекающей воды.The objective of the utility model is luminescent control of the purity of the flowing water.
Предлагаемая полезная модель - устройство для звуколюминесцентного контроля примесей в жидкости - также как и устройство-прототип имеет кювету, кварцевое стекло и фотоумножитель, оптически связанные: имеется также последовательно соединенные генератор и излучатель, который выполнен с плоским диаметром, равным диаметру кюветы.The proposed utility model - a device for sound-luminescent control of impurities in a liquid - as well as a prototype device, has a cell, quartz glass and a photomultiplier, optically coupled: there is also a series-connected generator and emitter, which is made with a flat diameter equal to the diameter of the cell.
Кювета выполнена в виде отрезка трубы с металлическими стенками с диметром меньщим //2, Я - длина звуковой волны в воде. Длина кюветы выбирается в несколько длин волн. Труба закрыта жесткой крыщкой.The cuvette is made in the form of a pipe segment with metal walls with a smaller diameter // 2, I - the sound wavelength in water. The length of the cell is selected in several wavelengths. The pipe is closed with a hard cap.
Кварцевое стекло и фотоумножитель располагаются на расстоянии / в пучности стоячей звуковой волны, имеющей видQuartz glass and a photomultiplier are located at a distance / in the antinode of a standing sound wave, having the form
И, следовательно,And therefore
/ п- ,,2.3... , / n- ,, 2.3 ...,
так как на длине трубы укладывается полное число полуволн.since the full number of half-waves fits along the length of the pipe.
Для создания кавитации при нормальном статическом давлении в проточной жидкости при непрерывном излучении интенсивность акустического излучения должна быть не менее 0,3 Вт/см. Поэтому, достаточно иметь интенсивность 0,25 Вт/см, что обеспечит отсутствие эрозии на излучателе и кавитацию в пучности акустического давления в стоячей волне.To create cavitation at normal static pressure in a flowing fluid with continuous radiation, the intensity of acoustic radiation should be at least 0.3 W / cm. Therefore, it is enough to have an intensity of 0.25 W / cm, which will ensure the absence of erosion on the emitter and cavitation in the antinode of acoustic pressure in a standing wave.
/-.hAcos. 4/-.hAcos. 4
предлагаемое устройство для звуколюминесцентного проточного контроля примесей в проточной воде, содержит кювету 1 с диаметром меньшим Д/2, где л - длина звуковой волны в жидкости, с металлическими стенками толщиной не менее Х.„/10, где Ям - длина звуковой волны в материале стенок трубы (под трубой будем понимать волновод с круглым или прямоугольным сечением). В кювете имеется входной штупер 2 и выходной штуцер 3. К кювете через кварцевое стекло 4 присоединен фотоумножитель 5. Возбуждение акустических колебаний осушествляется последовательно соединенными генератором 6 и излучателем 7.the proposed device for sound-luminescent flow control of impurities in running water contains a cell 1 with a diameter less than D / 2, where l is the sound wavelength in the liquid, with metal walls with a thickness of at least X. "/ 10, where Yam is the sound wavelength in the material pipe walls (by a pipe we mean a waveguide with a round or rectangular section). The cuvette has an inlet plug 2 and an outlet fitting 3. A photomultiplier 5 is connected to the cuvette through a quartz glass 4. Acoustic vibrations are excited by a series-connected oscillator 6 and emitter 7.
Принцип действия устройства основан на том, что добавлении примесей в воду органического происхождения или твердых минеральных частиц увеличивает уровень люминесценции, которая обусловлена, в основном, повышением температуры в парогазовых кавитационных пузырьках до Ю К. Для этого требуется, чтобы максимальное давление в захлопывающемся пузырьке было, по возможности, большим. Как известно (Ультразвук. Маленькая энциклопедия, под ред. И.О. Галяминой - М.: Сов. Энциклопедия, 1979) :The principle of operation of the device is based on the fact that the addition of impurities to water of organic origin or solid mineral particles increases the level of luminescence, which is mainly due to an increase in temperature in vapor-gas cavitation bubbles to 10 K. To do this, it is necessary that the maximum pressure in the collapsing bubble be as big as possible. As you know (Ultrasound. Little Encyclopedia, edited by I.O. Galyamina - M .: Sov. Encyclopedia, 1979):
где Р Ро+Ра - сумма статического и избыточного акустического давления, Q давление газов в жидкости,where R Po + Ra - the sum of the static and excess acoustic pressure, Q gas pressure in the liquid,
7 /у - отношение теплоемкостей при постоянном давлении и объеме7 / y - the ratio of specific heat at constant pressure and volume
соответственно.respectively.
Чем больше у, тем больше Ртах и, следовательно, тем больше звуколюминесценция, обусловленная тем, что при адиабатическом сжатии газа и пара (который при больших скоростях изменения объема пузырька ведет себя как газ) происходит нагревание внутри схлопывающегося пузырька до температур порядка Ю К. Если Ср воздуха порядка 0,237, то, например, сероводород имеет ,245 , аммиак (пары) имеет ,536. Добавление органических примесей увеличивает отношение у смесей и приводит к усилению люминесценции. К этому же приводит и увеличение числа «зародышей кавитации на единицу объема жидкости. В качестве этих «зародышей могут выступать твердые частицы в жидкости.The larger γ, the greater Pmax and, therefore, the greater the sound luminescence due to the fact that adiabatic compression of gas and vapor (which behaves like a gas at high rates of change in the volume of the bubble) leads to heating inside the collapsing bubble to temperatures of the order of 10 K. If Cp of air of the order of 0.237, then, for example, hydrogen sulfide has 245, ammonia (vapors) has 536. The addition of organic impurities increases the ratio of the mixtures and leads to increased luminescence. The increase in the number of cavitation nuclei per unit volume of liquid also leads to this. As these "nuclei, solid particles in the liquid can act.
Р 0P 0
max X--Smax X - S
поперечными размерами также меньшими У2 , где Я - длина звуковой волны в воде). Волновод закрыт жесткой в акустическом плане крышкой. Для данного устройства нет необходимости в очень жестких стенках и крышке кюветы. Поэтому, достаточно, чтобы стенки кюветы были толшиной не менее л„/50 . Например, в воде на частоте 10 кГц длина волны в воде см , а длина волны в стали см . Влияние упругости этих стенок будет сказываться несущественно для образования кавитации в пучностях акустического давления.transverse dimensions are also smaller than Y2, where I is the sound wavelength in water). The waveguide is closed by a rigid acoustic cover. For this device, there is no need for very rigid walls and the lid of the cell. Therefore, it is sufficient that the walls of the cuvette be a thickness of at least l „/ 50. For example, in water at a frequency of 10 kHz, the wavelength in water is cm, and the wavelength in steel is cm. The effect of the elasticity of these walls will not affect the formation of cavitation in antinodes of acoustic pressure.
В такой кювете 1 - волноводе - одномерную стоячую волну можно представить в виде суперпозиции двух волн бегуших навстречу друг другу и переходящих одна в другую после отражения на концахIn such a cuvette 1 — a waveguide — a one-dimensional standing wave can be represented as a superposition of two waves traveling towards each other and passing one after the other at the ends
п А | -KiX-ikx-iipn A | -KiX-ikx-iip
22 22
Для «жесткой крышки колебательная скорость при и при . . кроме того и k n7r/L , где п 1, 2, 3... Поэтому,For a “rigid cover, the vibrational velocity is at and at. . in addition, and k n7r / L, where n 1, 2, 3 ... Therefore,
Р. Лсо5р R. Lso5r
Собственные частоты полого волновода находятся в отношениях 1 : 2 : 3... , т.е. образуют полный гармонический ряд, а на длине волновода укладывается целое число полуволн. При этом пучности давления будут приThe eigenfrequencies of the hollow waveguide are in the ratios 1: 2: 3 ..., i.e. form a complete harmonic series, and an integer number of half-waves fit along the length of the waveguide. In this case, the pressure antinodes will be at
Акустическая кавитация, возникающая при прохождении звуковой волны большой интенсивности, образуется из-за разрывов сплошности на зародышах кавитации - микроскопических газовых пузырьков, твердых частиц с трещинами, заполненными газом и т.д. В кювете наблюдается неоднородное звуковое поле. Это приводит к тому, что наряду с пульсациями, пузырьки двигаются поступательно. В стоячей звуковой волне направление движения пузьфька зависит от соотношения между его радиусом R и радиусом Rpey - резонансным радиусом пузырька. При размере пузырька меньше резонансного, , пузырьки пульсируют в фазе с колебаниями акустического давления и мигрируют к пучности давления, а при пузьфьки перемещаются к узлам давления. Например, при частоте f-10 кГц следует ожидать движения пузырьков к пучностям давления. Например, для пузьфьков с см в поле стоячей волны, длина которой см , амплитуда акустического давления .4Acoustic cavitation that occurs when a high-intensity sound wave propagates is formed due to discontinuities in the cavitation nuclei — microscopic gas bubbles, solid particles with cracks filled with gas, etc. An inhomogeneous sound field is observed in the cuvette. This leads to the fact that along with the pulsations, the bubbles move forward. In a standing sound wave, the direction of motion of the puzzle depends on the ratio between its radius R and radius Rpey - the resonant radius of the bubble. If the bubble size is smaller than the resonance one, the bubbles pulsate in phase with fluctuations in acoustic pressure and migrate to the pressure antinode, and when pusfki move to pressure nodes. For example, at a frequency of f-10 kHz, one should expect the movement of bubbles to pressure antinodes. For example, for poofs with cm in the field of a standing wave, the length of which is cm, the amplitude of the acoustic pressure. 4
V - )V -)
/ I п- ./ I p.
атм и коэффициент вязкости жидкости пуаз . скорость перемещения пузырьков см/с при ,0 атм.atm and poise fluid viscosity coefficient. the speed of movement of bubbles cm / s at, 0 atm.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Через входной 2 и выходной 3 штуцеры кювета связана с водоводом, через неё подается проточная вода. Генератор 6 и излз атель 7 создают в кювете стоячую звуковую волну. В пучности давления кавитации максимальна и звуколюминесценция наблюдается через кварцевое стекло 4 с помощью фотоумножителя 5. Наличие органических и твердых примесей в воде приводит к усилению звуколюминесценции. которая и свидетельствует о степени загрязнения проточной воды. В пучности акустическое давление удваивается и интенсивность составит 0,35 Вт/см. На участкеThe operation of the device is as follows. Through the inlet 2 and outlet 3 fittings, the cuvette is connected to the water conduit, running water is supplied through it. Generator 6 and generator 7 create a standing sound wave in the cell. In the antinode of cavitation pressure, the maximum and sound luminescence is observed through quartz glass 4 using a photomultiplier 5. The presence of organic and solid impurities in water leads to increased sound luminescence. which indicates the degree of pollution of running water. At the antinode, the acoustic pressure doubles and the intensity is 0.35 W / cm. Location on
т.е. на участке М, на котором интенсивность будет не менее 0,3 Вт/см вода должна находится не менее 1,2 с. Иначе порог кавитации будет выше и интенсивность 0,3 Вт/см будет недостаточна. Поэтому выбирают отношение сечения сечение входного штуцера Ssx к сечению кюветы из соотношенияthose. in section M, where the intensity will be at least 0.3 W / cm, the water should be at least 1.2 s. Otherwise, the cavitation threshold will be higher and the intensity of 0.3 W / cm will be insufficient. Therefore, the ratio of the cross section of the cross section of the inlet fitting Ssx to the cross section of the cell is selected from the relation
гдеVg - скорость входного потока.where Vg is the input stream velocity.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает решение стоящей задачи.Thus, the proposed device provides a solution to the problem.
2плМ arccosO.862plM arccosO.86
- -
5 1 75 1 7
кюк Устройство kyuk Device
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002115356/20U RU28395U1 (en) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | Device for sound-luminescent control of impurities in running water |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002115356/20U RU28395U1 (en) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | Device for sound-luminescent control of impurities in running water |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU28395U1 true RU28395U1 (en) | 2003-03-20 |
Family
ID=38312784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002115356/20U RU28395U1 (en) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | Device for sound-luminescent control of impurities in running water |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU28395U1 (en) |
-
2002
- 2002-06-11 RU RU2002115356/20U patent/RU28395U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5982801A (en) | Momentum transfer apparatus | |
Shew et al. | Force measurements on rising bubbles | |
Tolt et al. | Separation of dispersed phases from liquids in acoustically driven chambers | |
Dehbani et al. | A review on convective heat transfer enhancement using ultrasound | |
US2407462A (en) | Supersonic treatment of fluid masses | |
Gu et al. | An experimental study on the cavitation of water with effects of SiO2 nanoparticles | |
WO2018169050A1 (en) | Ultrasonic cleaning apparatus and ultrasonic cleaning method | |
KR102016684B1 (en) | Fouling reduction device and method | |
JPH09193055A (en) | Noncontact micromanipulation method using ultrasonic wave | |
Meidani et al. | Mathematical and physical modelling of bubble growth due to ultrasound | |
RU2325959C2 (en) | Hydrodynamic generator of ultrasonic acoustic vibrations and method of its generating | |
RU2447926C2 (en) | Method of coagulating foreign particles in gas flows | |
RU28395U1 (en) | Device for sound-luminescent control of impurities in running water | |
Parikh et al. | Resonant entrainment of a confined pulsed jet | |
JP2004354185A (en) | Bubble generation device used for doppler type ultrasonic flowmeter, and doppler type ultrasonic flowmeter | |
US8231707B2 (en) | Gas separation using ultrasound and light absorption | |
Shima et al. | Nonlinear oscillations of gas bubbles in viscoelastic fluids | |
Chatterjee et al. | Some investigations on the use of ultrasonics in travelling bubble cavitation control | |
RU28398U1 (en) | Device for sound-luminescent control of impurities in running water | |
James et al. | Experimental investigation of a turbulent jet produced by an oscillating surface actuator | |
Hasegawa et al. | Characteristics of ultrasonic suction pump without moving parts | |
RU2191749C2 (en) | Method of forming heterogeneities of concentration of particles suspended in liquid | |
RU28396U1 (en) | Device for sound-luminescent control of impurities in running water (options) | |
RU2476261C1 (en) | Method of exciting acoustic vibrations in fluid medium and apparatus (versions) for realising said method | |
Nyborg et al. | Radiation pressure on a vibrating hemispherical meniscus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20060612 |