SU989430A1

SU989430A1 - Cell for measuring properties of overheated electroconductive liquids

Info

Publication number: SU989430A1
Application number: SU802984147A
Authority: SU
Inventors: Георгий Борисович Оконишников; Павел Алексеевич Павлов; Павел Владимирович Скрипов
Original assignee: Отдел физико-технических проблем энергетики Уральского научного центра АН СССР
Priority date: 1980-09-26
Filing date: 1980-09-26
Publication date: 1983-01-15

Description

Изобретение относитс к физико-. {химическому исследованию, в част .1ости к теплофизике, и может быть использовано дл определени температуры достижимого перегрева (т.е. температуры, при которой нестабильна жидкость взрывообразно вскипает в силу внутренней неустойчивости), критических параметров и злектропроводности металлов и других электропро водных жидкостей.The invention relates to physical. It can be used to determine the temperature of achievable overheating (i.e., the temperature at which an unstable liquid boils up due to internal instability), critical parameters and electrical conductivity of metals and other electrically conductive liquids.

Известна чейка дл определени . температуры взрывного вскипани во врем греющего импульса, содержаща камеру дл исследуецюй жидкости . Б камере расположены измерительные электродфл, соединенные платиновой проволочкой, котора служит нагревателем и датчиком температуры tl 1.Known cell for determination. temperature of explosive boiling during a heating pulse, containing a chamber for the test fluid. A measuring electrodes are located in the chamber, connected by a platinum wire, which serves as a heater and temperature sensor tl 1.

Недостатком этого устройства вл етс ограниченный класс исследуемых веществ. A disadvantage of this device is the limited class of substances under investigation.

Наиболее близким к предлага емому вл етс чейка дл определени температуры достижимого перегрева электропроводных жидкостей, содержаща две камеры, сообщающиес между собой, в каждой из которых распсшожены из- , мерительные электроды С23.The closest to the proposed is a cell for determining the temperature of the achievable overheating of electrically conductive liquids, containing two chambers communicating with each other, each of which has a spreading C23 measuring electrodes.

Недостатком известной чейки вл етс неточность в определении температуры достижимого перегрева, достигающа 15%, и более, св занна с необход:91 юстью экстрапол ции температурной зависимости электропроводности на неисследованную метастабильную область, поскольку при указанной геометрии перегородки и соедиto н ющего канала определение :температуры вскипани возможно только по изменению злектросопротивлени жидкости , наход щейс в этом канале. Кроме того, невозможно получать дан15 ные дл малых и вакуумных давлений. Например, дл щелочных металлов давление должно составл ть не менее 10% от термодинамического критического давлени . Это ограничение св за20 но с преждевременным вскипанием и магнитогидрода1намической неустойг чивостью жидкого металла в канале перегородки при прохождении икшульсов тока плотностью йор дка ., A disadvantage of the known cell is inaccuracy in determining the temperature of achievable overheating, reaching 15%, and more, associated with the need: 91 extrapolation of the temperature dependence of electrical conductivity on the unexplored metastable region, because with the specified geometry of the partition and connecting channel, the definition of: boiling temperature it is possible only by changing the electrical resistance of the fluid in this channel. In addition, it is impossible to obtain data for low and vacuum pressures. For example, for alkali metals, the pressure should be at least 10% of the thermodynamic critical pressure. This limitation is due to premature boiling up and the magnetic hydrodynamic instability of the liquid metal in the channel of the septum during the passage of current pulses with a density of 13 yr.

25 необходимой дл разогрева исследуемой жидкости. Известна чейка не дает возможности дл излучени температурной зависимости электропроводности метастабильных жидкостей 30 в;ажнейшего параметра перехода металл - диэлектрик,, происход щего вблиэ 1 критической температуры, поскольку сама температура .определ етс экстрапол цией искомой зависимости на несколько дес тков, а иногда - сотен градусов от изученной ранее области. Корструкци чейки не позвол ет изучить вли ние объема перегреваемой жидкости н температуру достижимого перегрева и плотность центров кипени , так как замена перегородки и канала кро ме неудобств, св занных с полной Разборкой чейки, внорит неконтролируемое изменение плотности готовы центров кипени , имеющихс на стенках нового канала. Цель изобретени - повышение точ ности измерени . Поставленна цель достигаетс те что в чейке, имеющей две камеры, сообщающиес между собой, в каждой иэ которых расположены измерительны электроды, в стенке одной иэ камеры выполнено оптическое окно, г в стен ке другой камеры имеетс выступающи цилиндрический канал, посредством которого камеры сообщаютс между со бой, причем тореч этого канала расположен напротив оптического окна. По вление оптического окна Дает возможность произвести разогрев жид кости импульсом лазерного излучени а температуру разогреваемой жидкости определ ют в этом случае с помощ пирометра. Тем сваллм исключают мощные разогревающие импульсы тока, порождакедие магнитогидродинамическую неустойчивость, и освобождаютс от необходимости экстрапол ции элек ропроводности . Трехволновой пирометр позвол ет фиксировать изменение температуры поверхности площадью пор дка 1 ммво врем импульсов 0,01 10 мс с точностью 3-4%. Независимое определени температуры дает возможность проведени комплексного исследовани : нар ду с температурой достижимого перегрева изучаетс плотность центров кипени , критические параметры жидкости и температурна зависимость ее электропроводности. Изменение толщины перегреваемого кольца жидкости, расположенного между торцом канала и окном, мен ют в нужных пределах ее объем или добиваютс подоби тепловых полей в опытах с жидкост ми, име ющими различные коэффициенты темпера туропроводности. Выделение разогреваемой части жид кости в виде цилиндрического кольца с толщиной пор дка 10 мкм размер определ етс необходимостью равномерного , в рамках заданной точности измерени , прогрева жидкости,) позвол ет перейти от цилиндрической геометрии к плоскому двумерному случаю- (тонкое кольцо ) без изготовлени стыков плоских деталей ( перегородки и окна). По вление стыков деталей существенно , снимает достижимый перегрев жидкости из-за наличи большого количества готовых центров парообразовани . На чертеже приведена схема чейки . Ячейка содержит два объема 1 и 2, заполненные исследуемой электропроводной жидкостью. Каждый из этих объемов снабжен одним или двум электродами 3 и .4 (в зависимости от.прин той схемы измерени электропроводiHOCTH и материала, из которого изготовлен корпус чейки. Друг от друга объемы отделены диэлектрической перегородкой 5, имекхцей соединительный канал дл исследуемой жидкости. Разогреваема часть жидкости представл ет собой цилиндрическое кольцо 6, расположенное между торцом перегородки 5 и оптическим окном 7. Толщина кольца регулируетс взаимным перемещением перегородки и окна за счет подвижных уплотнений этих элементов или соответствующей деформации корпуса чейки с использованием упругой стенки либо различи в термическом расширении дета-пей. Ячейка работает следующим образом. После заполнени чейки исследуемую жидкость разогревают до начальной температуры, не превыщанхдей температуру насыщени при заданном давлении , с помощью внешней печи или термостата. Дальнейший разогрев жидкости в кольцевой части канала осуществл ют через оптическое окно за счет излучени внешнего источника, например, лазера. Температуру жидкости определ ют по излучению ее поверхности с помощью известного пирометра . Одновременно регистрируют электропроводность чейки, что позвол ет изучать проводимость жидкости в метастабильной области и точно фиксировать момент взрывообразногхэ вскипани . Относ показани параметра изучени к. сигналу вскипани , полученного из измерений электропроводности , определ ют температуру достигнутого в опыте перегрева при зощанном внешнем давлении. Давление в чейке варьирует в серии опытов во всей области метастабильных состо ний. Передачу давлени от внешнего устройства осуществл ют через упругий элемент или инертный газ. Использование предлагаемой чейки позвол ет устранить р д дестабилизирующих факторов, подн ть уровень достижени перегрева электропроводных жидкостей (в первую очередь металлов ) и получить тем самим достоверные оведени о природе взрывообраэного вскипани к границе достижимых перегревов , повысить точность определени температуры метастабильной жидкости 13-4% пирометрическим способом против 15-25% в области спи одапи по грубой аппроксимации электропроводности ).; сн ть ограничение на минимсшьное давление в чейке, что влечет за собой расширение исследований метастабильных состо ний на практически влажною область давлений вблизи и ниже атмосферного (нгшример , проблема взрывообразного вскипани при разгерметизации контура с жидкометаллическим теплоносителем и т.п. изучать температурную зависимость электропроводимости метастабиль ной жидкости.25 necessary to heat the test liquid. The known cell does not allow for the radiation temperature dependence of the conductivity of metastable liquids of 30 V; the most important metal-dielectric transition parameter occurring at a critical temperature junction 1, since the temperature itself is determined by extrapolating the desired dependence by several tens and sometimes hundreds of degrees from the previously studied area. Correcting the cell does not allow studying the effect of the volume of the superheated liquid and the temperature of the achievable superheat and density of the boiling centers, since the replacement of the partition and the canal, apart from the inconvenience associated with a complete disassembly of the cell, will result in an uncontrolled change in density of the boiling centers on the walls of the new channel . The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The goal is achieved by the fact that in a cell with two chambers communicating with each other, in each of which measuring electrodes are located, an optical window is made in the wall of one of the chamber, r there is a protruding cylindrical channel in the wall of the other chamber, through which the chambers communicate between the battle, with the torech of this channel located opposite the optical window. The appearance of an optical window makes it possible to produce heating of the liquid with a laser pulse and in this case the temperature of the heated liquid is determined using a pyrometer. Thereby, the powerful heating current pulses, the generation of magnetohydrodynamic instability, are eliminated, and they are freed from the necessity of extrapolating the electrical conductivity. A three-wave pyrometer makes it possible to record a change in surface temperature with an area of the order of 1 mm, with a pulse time of 0.01–10 ms with an accuracy of 3-4%. Independent determination of temperature makes it possible to carry out a complex study: along with the temperature of achievable overheating, the density of boiling centers, the critical parameters of the fluid, and the temperature dependence of its electrical conductivity are studied. The change in the thickness of the overheated ring of fluid located between the end of the channel and the window changes its volume within the required limits or achieve similarity of thermal fields in experiments with liquids having different coefficients of thermal diffusivity. Separating the heated portion of the liquid in the form of a cylindrical ring with a thickness of about 10 microns, the size is determined by the need to evenly heat the fluid, within the specified accuracy of measurement, allows you to go from a cylindrical geometry to a flat two-dimensional case (thin ring) without making flat joints details (partitions and windows). The appearance of joints of parts significantly removes the attainable overheating of the liquid due to the large number of ready-made centers of vaporization. The drawing shows a diagram of the cell. The cell contains two volumes 1 and 2, filled with the investigated electrically conducting fluid. Each of these volumes is provided with one or two electrodes 3 and .4 (depending on the measurement circuit of the electrical conductor and the material from which the cell body is made. The volumes are separated from each other by a dielectric partition 5, and a connecting channel for the liquid under study. The heated part fluid is a cylindrical ring 6 located between the end of the partition 5 and the optical window 7. The thickness of the ring is controlled by the mutual displacement of the partition and the window due to the movable seals of these elements. The cell works as follows: After filling the cell, the test liquid is heated to the initial temperature, not exceeding the saturation temperature at a given pressure, using an external oven or thermostat. Heating of the fluid in the annular part of the channel is carried out through the optical window by radiating an external source, for example, a laser. The temperature of the liquid is determined by the radiation of its surface using a known pyrometer. At the same time, the electrical conductivity of the cell is recorded, which makes it possible to study the conductivity of the fluid in the metastable region and accurately record the moment of the explosion of a boil. The relation of the indication of the study parameter K to the boiling signal obtained from the measurements of electrical conductivity is determined by the temperature reached in the overheating experiment with external pressure. The cell pressure varies in a series of experiments in the entire region of metastable states. The transfer of pressure from an external device is carried out through an elastic element or an inert gas. The use of the proposed cell eliminates a number of destabilizing factors, raises the level of overheating of electrically conductive liquids (primarily metals) and thereby provides reliable knowledge of the nature of explosive boiling to the border of achievable superheatings, increasing the accuracy of determining the temperature of a metastable fluid 13-4% by pyrometric in a way against 15-25% in the field of spin-giving on a rough approximation of electrical conductivity) .; Remove the limitation on the minimum pressure in the cell, which entails the expansion of research into metastable conditions in the near-wet pressure region near and below atmospheric (eg, crying, the problem of explosive boiling up during depressurization of the circuit with a liquid metal coolant, etc.) to study the temperature dependence of the metastable conductivity fluid.

Claims

The invention The cell dp measuring the properties of airborne conductive liquids.

containing two chambers, coo6ttiaHi piec; t among themselves, in each of which there are measuring electrodes, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy

5, an optical window is made in the wall of one of the chambers; in the wall of the other chamber there is a protruding cylindrical channel, with the interface of which is co-located with each other, and

10 end of this canoe is located opposite the optical window.

Sources of information taken into account in the examination

“5 1. Skripov V.P. Metastable liquid. M., Science, 1972, p. 108.

2. Pavlov, I.A., Popel, PS Thermophysical properties of liquids and varyvoye boiling. Collection. Sverd20 Lovsk, Publishing House of the Ural Scientific Center, USSR Academy of Sciences, G97b. with. 59-64.

/