SU1383142A1 - Устройство дл измерени турбулентности потока - Google Patents

Abstract

Изобретение, относитс  к технике измерени  турбулентности газовых и жидкостных потоков и предназначено дл  измерени  силы и величины при- .стенных турбулентных пульсаций давлени . Цель - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство дл  измерени  пристенной турбулентности включает эластичную поверхность, служащую приемным элементом датчика перемещений. Датчик перемещений соединен с регистрирующим устройством. Устройство дополнительно содержит второй датчик перемещений и коррел тор и снабжено счетчиком импуЛьсов, а также измерителем местного трени . 1 3.п. ф-лы, 2 ил. е S (Л

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  турбелентности газовых и жидкостных потоков и может быть использовано как в различных аэрогидро- динамических исследовани х, так и в исследовании дисперсных потоков.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - полученна  экспериментальным путем функци , выражаюш:а  св зь между амплитудой перемещений эластичной поверхно- сти и числом колебаний эластичной поверхности с этой амплитудой в единицу времени, используема  дл  измерени  спектрального распределени .

Устройство дл  измерени  пристен- ной турбулентности содержит об текае- мую эластичную поверхность 1, служащую приемным элементом датчика 2 пе- ремеш,ений, совмещающего в себе функцию микрофона. Датчик 2 соединен с регистрирующим устройством 3. Устройство дл  измерени  турбулентности дополнительно содержит второй датчик 4 и коррел тор 5, используемый дл  измерени  коррел ции между двум  ис- следуемыми точками (А и Б), и снабжено счетчиком 6 импульсов, а также измерителем 7 местного трени  в виде датчиков статического давлени .

В устройстве дл  измерени  при- стенной турбулентности с целью повышени  прочности обтекаема  эластична поверхность может быть выполнена многослойной , например в виде полимерно пхсенки, соединенной с датчиком 2. Пленка покрывает слой паралона, кото рьм прикреплен к жесткой стенке.

Устройство работает следующим образом .

При течении исследуемого потока по эластичной поверхности 1 турбулентные пульсации давлени  деформируют эластичную поверхность 1, перемещение которой преобразуютс  датчиками 2 и 4 в сигналы, поступающие на функциональную схему. Датчик 21, регистрирующий перемещение поверхности 1, служит и микрофоном, измер ющим флуктуации давлени . Такое расширени функциональных возможностей датчика 2 обеспечиваетс  выполнением обтекаемой поверхности из эластичного материала . Датчик 2 перед работой необходимо протарировать дл  получени 

зависимости сила - перемещение. При поступлении сигнала с датчика 2 на регистрирующее устройство 3 по его величине можно установить силу турбулентных пульсаций F, действующих на эластичную поверхность 1. Это позвол ет определить характер исследуемого потока (ламинарный или турбулентный)

При поступлении сигнала с. датчика 2 на регистрирующее устройство 3 и счетчик 6 импульсов можно определить спектральное распределение пристенных пульсаций давлени  путем регистрации устройством 3 амплитуды перемещений эластичной поверхности при одновременном определении количества этих перемещений счетчиком 6.

При поступлении сигналов с датчиков 2 и 4 на коррел тор 5, при установлении на приборе заданного значени  коэффициента коррел ции, можно определить площадь S действи  турбулентных пульсаций, характеризующих размеры турбулентных молей (вихрей).

Измерени  характеристик турбулентности предлагаемым устройством определ ют следующим образом. В основу определени  величины пристенных турбулентных пульсаций давлени  положена зависимость, н/м

I.

(1)

где F - сила, с которой действуют

турбулентные пульсации давлени  на эластичную поверхность 1, измер ема  с помощью заблаговременно проТа- рированного датчика 2 перемещений;

S - площадь действи  турбулентных пульсаций давлени , определ ема  с помощью двух датчиков 2 и 4 перемещени  коррел тора 5.

При протекании в канале с эластичными стенками 1 турбулентного потока турбулентные пульсации давлени , среднеквадратична  величина которых p J зависит от местного трени  , н/м2 :

Р ,Й, (2)

где oi - безразмерный коэффициент пропорциональности; X - безразмерный коэффициент

сопротивлени  трубопровода;

Р

м

м

и - - плотность и средн   скорость потока соответственно, локально деформируют эластичную поверхность:

1 k F,(3)

где k - коэффициент пропорционально

сти, завис щий от эластичных

свойств поверхности; F - сила, с которой турбулентные пульсации воздействуют на эластичную стенку, перемещение которой преобразуетс  датчиком 2 в сигнал, подаваемый на регистрирующее устройство 3.

По величине сигнала, пропорционального перемещению 1, можно с по- мощью заблаговременно протарированно- го датчика (зависимость (3) определить силу действи  турбулентных пульсаций F.

Проверка работы предлагаемого устройства и полученного значени  среднеквадратичных пульсаций давлени  производ тс  путем экспериментального определени  членов, вход щих в известную в гидромеханике и служащую та- рировочной зависимость (формулу Край- хнана (2).

Значени  безразмерного коэффициента сопрот ивлени  трубопровода , вход щего в выражение тирировочной за- висимости (2), определ ют по формуле

1

uP-.d

L.I

(4)

jpU

Р

где fiP - перепад давлени  на рабочем

участке длиной oi (измер ют с помощью приемников 6 давлени ; Uj,p - средн   скорость потока,

м/с. -.

Дл  измерени  спектрального распределени  амплитуд и, соответственн выражени м (2) и (3), величин турбулентных пульсаций давлени  служит экспериментальна  зависимость, представленна  на фиг.2. Эта зависимость получена следующим образом. При определенном пороге чувствительности счетчика б импульсов регистрируют

п. число перемещени  п; эластичной

поверхности 1 с максимальной амплитудой перемещений Н;.

5

10

- о

35

25

40

45

50

55

При увеличении порога чувствительности счетчик 6 импульсов начинает суммировать меньщие амплитуды перемещений эластичной поверхности 1, при этом число регистрируемых колебаний составл ет

Еик(1).(5)

Hcno JTb30BaHne канала с эластичными стенками выгодно отличает предла- гаемьй стенд от известного, так как позвол ет измер ть нар ду с традиционными характеристиками потока характер пограничного сло  - ламинарный или турбулентный, по величине колебаний эластичной поверхности, зону перехода в канале - путем перемещени  датчика по длине канала, величину турбулентных пульсаций, коррел ционную функцию, спектральное распределение - силу пульсаций давлени , действующую на поверхность, и ее площадь действи . Величина этой силы имеет практическое значение, так как посто нно воздейству  на обтекаемую поверхность металлов, разрущает поверхностно-активную пленку металла, что приводит к по влению коррозионных разрушений.

Кроме того, она имеет значение при акустическом излучении. Сила тур- булентных пульсаций зависит от скорости потока и конструктивных особенностей аппаратов (срьгоы вихрей) и может быть определена с помощью предлагаемого устройства, если канал с эластичными стенками геометрически подобен проточной части аппарата. Это позвол ет с учетом конструктив- . ных особенностей аппарата, зна  критическое значение и частоту пульса- ционной силы, разрущающей поверхностную пленку данного металла, определить допусти1 1е скорости течени  в аппарате из этого металла. Площадь действи  турбулентных пульсаций позвол ет характеризовать размеры турбулентных удар ющихс  об эластичную поверхность молей.

Наличие приемников статического давлени  дл  определени  местного трени  позвол ет исключить дополнительные тарировани  устройства, имеющиес  в системах дл  измерени  тур булентности, например в системе Di- sa, или при измерении пристенных турбулентных пульсаций пьезокерами- ческими датчиками, что удешевл ет вьшолнение измерений.

Использование канала с эластичными стенками позвол ет измер ть спектральное распределение пристенных пульсаций давлени  с помощью дешевого широкопримен емого дл  различных целей счетчика импульсов, что исключает при решении этой задачи наличие дорогосто щего анализатора спектра

ства за счет измерени  спектрального распределени  пристенных пульсаций давлени  и площади их действи , а также измерени  их количественных характеристик, обтекаема  поверхность выполнена из эластичного материала запрдлицо с поверхностью канала и жестко в нем установлена, устройство

и, соответственно, уменьшает затраты Ю дополнительно снабжено вторым датчи- при измерении, перемещений, св занным с коррел тором , которьй, в свою очередь, подФормула изобретени  соединен к первому датчику перемещений , к которому подключен счетчик 1. Устройство дл  измерени  турбу-15 импульсов, лентности потока, содержащее установленную в канале обтекаемую поверхность и датчик регистрации перемещений этой поверхности, отличаю2 , Устройство ПОП.1, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности измерений за счет

щ е е с   тем, что, с целью повыше- 20 определени  тарировочных значений, ни  точности измерений и расширени  в канале установлены два датчика ста- функциональных возможностей устрой- тического давлени ,

соединен к первому датчику перемещений , к которому подключен счетчик импульсов,

2, Устройство ПОП.1, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности измерений за счет

Фив,1

Н,

пкп

ю 5Ю т т

Vif2.2

то

Claims (2)

1. Форму ла изобретения

   1. Устройство для измерения турбу-15 лентности потока, содержащее установленную в канале обтекаемую поверхность и датчик регистрации перемещений этой поверхности, отличающееся тем, что, с целью повыше- 20 ния точности измерений и расширения функциональных возможностей устрой ства за счет измерения спектрального распределения пристенных пульсаций давления и площади их действия, а также измерения их количественных характеристик, обтекаемая поверхность выполнена из эластичного материала заподлицо с поверхностью канала и жестко в нем установлена, устройство дополнительно снабжено вторым датчиком перемещений, связанным с коррелятором, который, в свою очередь, подсоединен к первому датчику перемещений, к которому подключен счетчик импульсов.

   I
2. 2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точностй измерений за счет определения тарировочных значений, в канале установлены два датчика статического давления.

   Физ.1