SU1170353A1

SU1170353A1 - Device for measuring velocity of non-equilibrium gas flow

Info

Publication number: SU1170353A1
Application number: SU843708537A
Authority: SU
Inventors: Александр Борисович Британ; Николай Григорьевич Гриднев; Александр Михайлович Старик; Александр Николаевич Хмелевский
Original assignee: Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова
Priority date: 1984-02-27
Filing date: 1984-02-27
Publication date: 1985-07-30

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ, содержащее осесимметричный приемник, снабженный расположенными под углом к его оси патрубками дл подвода вспомогательного газо- вого потока, и датчики статического давлени , расположенные до и после выходных отверстий патрубков, выполненных в приемнике, при этом патрубки соединены с источником рспомогательного газового потока, на молекулах которого обеспечиваетс меньша скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных , отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени скорости как дозвуковых , так и трансзвуковых потоков , угол ориентации патрубков к продольной оси приемника составл ет 60-90, причем проходное сечение каждого патрубка характеризуетс соотношением 0 , F ,. где F - проходное сечение приемника; п- число патрубков, а датчики статического давлени размещены на рассто нии 1. A DEVICE FOR MEASURING THE VELOCITY OF NON-EQUILIBLE GAS FLOWS, containing an axisymmetric receiver equipped with nozzles at an angle to its axis for supplying an auxiliary gas flow, and static pressure sensors located before and after the outlet openings of the pipes made in the receiver, while the nozzles are connected to a source of auxiliary gas stream, on the molecules of which the slower relaxation rate of the gas stream under study is provided than on its own, characterized by That, in order to increase the accuracy of the velocity measurements both subsonic and transonic flow nozzle angle orientation to the longitudinal axis of the receiver is 60-90, wherein each nozzle orifice is characterized by a ratio of 0, F,. where F is the flow area of the receiver; n is the number of nozzles, and static pressure sensors are located at a distance

Description

Изобретение относитс к измере: нию параметров газовых потоков, в частности к технике диагностики и контрол параметров неравновесных газовых сред. Известно устройство дл измерени скорости потока, состо щее из осесимметричного полого отборника с двум датчиками давлени , причем датчики давлени соединены с полос т ми отборника таким образом, что один иэ них измер ет статическое давление, а другой полное. Скорость потока V определ етс при о этом на основании формулы Реле , в решающей отношение полного давлени к статическому как функцию числа Маха (М) в набегающем потоке, по соотношению V М а, где а - скоро звука (ее величина определ етс либо из таблиц, либо при известной температуре набегающего потока по формуле а Ч ЕТн, где х,- показатель адиабаты; R - газова посто н на ; Тц - температура набегающего потока) l 3. Недостатком указанного устройст вл етс то, что оно не позвол ет с достаточной точностью измерить скорость неравновесного газового потока. При измерени х полного дав лени , например, в дозвуковом пото ке газ тормозитс на поверхности отборника и успевает прийти в равновесное состо ние, т.е. н конечном счете измер етс полное давление срелаксировавшего газа. Наиболее близким k предлагаемом вл етс устройство дл измерени скорости неравновесных газовых потоков , которое содержит осесимметричный приемник, снабженный расположенными под углом к его оси патрубками дл подвода вспомогательного газового потока, и датчики ст тического давлени , расположенные и после выходных отверстий патрубк выполненных в приемнике, при этом патрубки соединены с источником вс могательного газового потока, на м лекулах которого обеспечиваетс ме ньша скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных 2 IДанное устройство не обеспечива ет достаточной точности измерени дозвуковых и трансзвуковых потоков Цель изобретени - повьшение точности измерени скорости как дозвуковых , так и трансзвуковых потоков . Указанна цель достигаетс тем, что в устройстве дл измерени скорости неравновесных газовых потоков, содержащем осасимметричный приемник,. снабженный расположенными под углом к его оси патрубками дл подвода вспомогательного газового потока, и/ датчики статического давлени , расположенные до и После выходных отверстий патрубков, выполненных в приемнике, при этом патрубки соединены с источником вспомогательного газового потока, на молекулах которого обеспечиваетс меньша скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных, угол ориентации патрубков к продольной оси приемника составл ет 60-90, причем проходное сечение каждого патрубка характеризуетс соотношением п где F - проходное сечение приемника; п - число патрубков, а датчики статического Давлени размещены на рассто нии (1-3)D оу точки пересечени осей патрубков с продольной осью приемника, где D диаметр приемника. Кроме того, устройство может быть снабжено дополнительными датчиками статического давлени , размещенными на рассто нии t от точки пересечени осей патрубков с продольной осью приемника, характеризующимс соотношением t m(1-3)D, где ш - номер датчика, а общее число датчиков М 5. На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Устройство содержит осесимметричный приемник 1, воспринимающий исследуемый поток 2 и снабженный размещенными равномерно по окружности патрубками 3, подключенными через коллектор 4, подвод щую магистраль 5 и вентиль 6 к источнику 7 вспомогательного газового потока, на мо311The invention relates to the measurement of the parameters of gas flows, in particular, to the technique of diagnostics and control of parameters of non-equilibrium gas media. A device for measuring the flow rate is known, consisting of an axisymmetric hollow sampler with two pressure sensors, the pressure sensors being connected to the stripper bands in such a way that one measures them static pressure and the other one full. The flow rate, V, is determined on the basis of the Relay formula, the decisive ratio of total pressure to static as a function of Mach number (M) in the incident flow, V M a, where a is the sound soon (its value is determined either from the tables or at a known free-stream temperature according to the formula a × ETn, where x is the adiabatic index; R is the gas constant; TC is the free-stream temperature) l 3. The disadvantage of this device is that it does not allow measure the rate of nonequilibrium gas otok. When measuring the total pressure, for example, in a subsonic flow, the gas is inhibited on the surface of the sampler and manages to come to an equilibrium state, i.e. Finally, the total pressure of the relaxed gas is measured. The closest k proposed is a device for measuring the speed of non-equilibrium gas flows, which contains an axisymmetric receiver, equipped with nozzles at an angle to its axis for supplying an auxiliary gas flow, and static pressure sensors located also after the outlet ports of the nozzle made in the receiver, at In this case, the pipes are connected to the source of the booster gas stream, on the molecules of which the slower relaxation rate of the gas stream under study is provided The own device does not provide sufficient accuracy in measuring subsonic and transonic flows. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the speed of both subsonic and transonic flows. This goal is achieved by the fact that in a device for measuring the speed of non-equilibrium gas flows containing an asymmetric receiver. equipped with angled to its axis nozzles for supplying an auxiliary gas flow, and / or static pressure sensors located before and after the outlet openings of the nozzles made in the receiver, the nozzles connected to the source of an auxiliary gas flow, on the molecules of which a lower relaxation rate of the studied the gas flow than on its own, the angle of orientation of the nozzles to the longitudinal axis of the receiver is 60-90, and the flow area of each nozzle is characterized by wherein the ratio of n F - the passage cross section of the receiver; n is the number of nozzles, and the static pressure sensors are located at a distance of (1-3) D oy the point of intersection of the axes of the nozzles with the longitudinal axis of the receiver, where D is the diameter of the receiver. In addition, the device can be equipped with additional static pressure sensors located at a distance t from the point of intersection of the nozzle axes with the longitudinal axis of the receiver, characterized by the ratio tm (1-3) D, where w is the sensor number and the total number of sensors is M 5. FIG. 1 shows a diagram of the device; in fig. 2 is a section A-A in FIG. 1. The device contains an axisymmetric receiver 1 that perceives the flow under study 2 and is equipped with nozzles 3 placed evenly around the circumference and connected via a collector 4, a supply line 5 and a valve 6 to the source 7 of the auxiliary gas flow

екулах которого обеспечиваетс еньша скорость релаксации иссле- -, уемого газового потока, чем на собственных . Измерение статического авлени до и после зоны введени вспомогательного потока осуществл етс с помощью датчиков 8.The glasses of which provide a lower relaxation rate of the studied gas flow than on its own. The measurement of static avalanching before and after the auxiliary flow zone is performed using sensors 8.

Устройство работает следующимThe device works as follows.

образом.in a way.

3 исследуемом потоке газ (N2) имеет различные по величине поступательную (Т) и колебательную (Ту) температуры.3, the gas under study (N2) has different translational (T) and oscillatory (Tu) temperatures.

Исследуемый поток колебательновозбужденньк молекул ) попадает в осесимметричный приемник 1. Через подвод щие патрубки 3, расположенные равномерно по периметру приемника к исследуемому потоку подмешиваетс газ из источника 7 и попадает в коллектор| 4, соединенный с подвод щими патрубками через магистраль 5,при открывании вентил 6, При перемешивании исследуемого газового потока-2 и подмешиваемого через патрубки 3 газа на длине смешени рд указанных газов происходит изменение газодинамических параметров, в том числе статического давлени . Причем изменение статического давлени (до и после зоны смешени ) зависит от первоначальной скорости исследуемого потока неравновесного газа (N) . Дл того, чтобы при смешении указанных потоков Не измен лась степень неравновесности исследуемого газа (не происходила релаксаци колебательной энергии в образовавшемс после смешени потоке), необходимо выполнить следующие услови : во-пёрвьрс, длина смешени 1 должна быть меньше длины колебательной релаксации 1 т-( |.g) ; во-вторых, скорость релаксации колебательной энергии молекул исследуемого газа N2(V) при столкновении с молекулами подмешиваемого через патрубка 3 газа должна быть меньше скорости собственной релаксации (т.е. релаксации при столкновении с молекулами того же сорта - N.).The flow of vibrationally excited molecules under study) enters the axisymmetric receiver 1. Through the feed pipes 3, which are evenly spaced around the perimeter of the receiver, gas from source 7 is mixed in to the stream under study and enters the collector | 4, when the valve 6 is opened, when mixing the gas flow-2 being studied and the gas mixed through the nozzle 3, the gas-dynamic parameters, including the static pressure, change. Moreover, the change in the static pressure (before and after the mixing zone) depends on the initial velocity of the investigated nonequilibrium gas flow (N). In order to not change the degree of disequilibrium of the test gas during the mixing of the indicated streams (the vibrational energy did not relax in the flow formed after the mixing), the following conditions must be met: first, the mixing length 1 must be less than the vibrational relaxation length 1 t- ( | .g); secondly, the relaxation rate of the vibrational energy of the molecules of the test gas N2 (V) when colliding with the molecules of the gas mixed through the nozzle 3 must be less than the rate of its own relaxation (ie, relaxation when colliding with molecules of the same sort - N.).

При дозвуковой скорости исследуемого потока наименьша длина смешеНИН достигаетс при перпендикул рном вдуае или при-вдуве навстречу движений потока, а при трансзвуковой скорости - при вдуве под углом, близким к 90° к вектору скорости ис03534At the subsonic speed of the flow under study, the shortest length of the mixture is achieved at perpendicular blowing or towards blowing flow, and at transonic speed at blowing at an angle close to 90 ° to the velocity vector and is 03534

следуемого потока. Причем этот угол должен уменьшатьс с увеличением скорости исследуемого потока. Исход из услови обеспечени минимальной 5 .цлины смешени подвод щие патрубки 3 расположены таким образом, что ось симметрии каждого из них составл ет угол 60-90 сОСЬЮ симметрии приемники, причем угол бО примен етс при трансзвуковой, а 90 при дозвуковой скорости.following flow. Moreover, this angle should decrease with increasing flow velocity. Proceeding from the condition of providing the minimum 5 mixing length, the inlet nozzles 3 are arranged in such a way that the axis of symmetry of each of them is an angle of 60-90 cm with symmetry receivers, the angle b0 is used at a transonic, and 90 at a subsonic speed.

Как указывалось ранее, изменение статического давлени при подмешивании дополнительного количества газа к потоку зависит от его скорости. Поэтому, измерив перепад статического давлени до и после зоны смешени , можно определить скорость неравновесного потока. Дл этогоAs mentioned earlier, the change in static pressure when additional gas is added to the flow depends on its velocity. Therefore, by measuring the static pressure drop before and after the mixing zone, the non-equilibrium flow rate can be determined. For this

0 измерение перепада статического давлени осуществл ют на рассто нии (1-3)D от точки пересечени осей патрубков с продольной осью приемника, где D - диаметр приемника. Перед местом пересечени . осей симметрии патрубков и приемника установлен датчик 8 дл измерени давлени до зонысмешени . Установка датчика в указанной точке0, the measurement of the differential pressure is carried out at a distance of (1-3) D from the point of intersection of the axis of the nozzle with the longitudinal axis of the receiver, where D is the diameter of the receiver. In front of the crossing point. The axes of symmetry of the nozzles and the receiver are equipped with a sensor 8 for measuring pressure to the mixing zone. Installing the sensor at a specified point

0 позвол ет исключить вли ние возмущений , вносимьк стру ми из патрубков 3. Дл измерени давлени за зоной смешени , датчик необходимо j устанавливать от первого на расто i ЯНИН X 1. В общем случае 1см мо жет быть вычислена заранее, однако это не всегда возможно. Устанавлива датчики 8 давлени последовательно от места пересечени осей симметрии патрубков 3 и приемника . на рассто нии m (1-3)D, где m номер датчика, можно определить величину 1р„ экспериментально. При X 7 i ch показани датчиков давлени не будут мен тьс , т. е. если0 eliminates the influence of disturbances introduced by jets from nozzles 3. To measure the pressure behind the mixing zone, the sensor must be installed from the first j to the i i Yanin X 1. In general, 1 cm can be calculated in advance, however it is not always possible . Install pressure sensors 8 sequentially from the intersection of the axes of symmetry of the pipes 3 and the receiver. at the distance m (1-3) D, where m is the sensor number, it is possible to determine the value of 1p experimentally. At X 7 i ch, the pressure sensor readings will not change, i.e. if

5 показани двух последовательно расположенных датчиков В давлени одинаковы , то условие X 1 1 удовлетворено , и величина статического давлени за зоной смешени определ етс 5 the readings of two consecutive pressure sensors B are the same, then the condition X 1 1 is satisfied, and the static pressure downstream of the mixing zone is determined

0 по показ.ани м именно этих датчиков. По измеренным значени м статическо го давлени до и после зоны смешени вычисл етс величина перепада давлени ЛР. При известном значении расхода подмешиваемогб газа (q) скорость исследуемого колебательно-неравновесного газового потока определ етс по формуле0 by the display of these sensors. From the measured static pressure values before and after the mixing zone, the value of the differential pressure LR is calculated. With a known value of the flow rate of the mixed gas (q), the velocity of the vibrational-nonequilibrium gas flow under study is determined by the formula

Лр« «й$« -4РНлРРLr "" th $ "-4RNlRR

2РдР 2RdR

де V - скорость исследуемого потока;de V is the velocity of the flow studied;

q - расход подмешиваемого че рез патрубки 3 газа; а - скорость звука в исследуемом потоке;q is the flow rate of the gas mixed through the pipes 3; a is the speed of sound in the stream under study;

4 Р - измеренный перепад статического давлени до и после зоны смешени ; F - площадь поперечного сечеJD4 P is the measured differential pressure before and after the mixing zone; F - cross-sectional areaJD

ни приемника F snor receiver F s

Знак плюс В формуле соответствует скорости V а, а минус - V : а.The plus sign in the formula corresponds to the speed V a, and the minus - V: a.

Представленна формула дл определени скорости потока справедлива при небольших относительных : расходах подмешиваемого через пат- % рубки 3 газа Г -г-tS v расходThe presented formula for determining the flow rate is valid for small relative: the flow rate of gas Γ-tS v mixed through Pat-% 3 cuttings

- Ъ - b

газа через входнбе сечение приемника , а именно . Поэтому проходное сечение каждого из подвод щих патрубков удовлетвор ет условиюgas through the inlet section of the receiver, viz. Therefore, the flow area of each of the supply pipes satisfies the condition

f -А-J где f - площадь проходно Tidf –A – J where f is the passage area Tid

го сечени патрубка; f -т- } п число патрубков.nozzle section; f -t-} n the number of connections.

Предлагаемое устройство дл определени скорости газового потока позвол ет определ ть скорость колебательно-Неравновесного газового .потока с высокой степеньюточности.The proposed device for determining the velocity of a gas stream makes it possible to determine the speed of a vibrational-Nonequilibrium gas flow with a high degree of precision.

Claims

1. DEVICE FOR MEASURING THE SPEED OF NONEQUILIBRIUM GAS FLOWS, containing an axisymmetric receiver, equipped with nozzles for supplying an auxiliary gas stream located at an angle to its axis, and static pressure sensors located before and after the outlet openings of the nozzles made in the receiver, the nozzles being connected to a source of auxiliary gas flow, on the molecules of which a lower relaxation rate of the studied gas flow is ensured than on its own, characterized in that, with In order to improve the accuracy of measuring the speed of both subsonic and transonic flows, the angle of orientation of the nozzles to the longitudinal axis of the receiver is 60-90 °, and the passage section of each pipe is characterized by the ratio _l where G is the passage section of the receiver;

η is the number of nozzles, and the static pressure sensors are placed at a distance of (1-3) D, from the point of intersection of the axes of the nozzles with the longitudinal axis of the receiver, where D is the diameter of the receiver.

2. The device pop. 1, characterized in that it is equipped with additional static pressure sensors placed at a distance t from the point of intersection of the axes of the nozzles with the longitudinal axis of the receiver, characterized by a ratio.

(1-3) 1), where t is the sensor number, and the total number of sensors is M 4 5.

SU Щ, 1170353