Устройство для измерения скорости неравновесных газовых потоков

Устройство для измерения скорости неравновесных газовых потоков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ, содержащее осесимметричный приемник, снабженный расположенными под углом к его оси патрубками для подвода вспомогательного газового потока, и датчики статического давления, расположенные до и после выходных отверстий патрубков, выполненных в приемнике, при этом патрубки соединены с источником рспомогательного газового потока, на молекулах которого обеспечивается меньшая скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения скорости как дозвуковых , так и трансзвуковых потоков , угол ориентации патрубков к продольной оси приемника составляет 60-90, причем проходное сечение каждого патрубка характеризуется соотношением 0 , F ,. где F - проходное сечение приемника; пчисло патрубков, а датчики статического давления размещены на расстоянии

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1170353 (5Ц4 G 01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

0(ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

t - fbi" >"„

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3708537/24-10 (22) 27,02.84 (46) 30..07.85. Бюл. № 28 (72) А.Б. Британ, Н.Г. Гриднев, K.M. Старик и А.Н. Хмелевский (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им. M.Â. Ломоносова (53) 532.574 (088.8) (56) 1. Дубнищев Ю.Н. и др. Исследование газовьп сред. "Автометрия", 1975, № 5, с. 47.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3502415/24-10, кл. С 01 P 5/00, 1982. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО 1ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ НЕРАВНОВЕСНЫХ ГАЗОВЫХ

ПОТОКОВ, содержащее осесимметричный приемник, снабженный расположенными под углом к его оси патрубками для подвода вспомогательного газового потока, и датчики статического давления, расположенные до и после выходных отверстий патрубков, выполненных в приемнике, при этом патрубки соединены с источником вспомогательного газового потока, на молекулах которого обеспечивается меньшая скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения скорости как дозвуковых, так и трансзвуковых потоков, угол ориентации патрубков к продольной оси приемника составляет 60-90, причем проходное сечение каждого патрубка характеризуется соотношением где F — - проходное сечение приемника;

n — число патрубков, а датчики статического давления размещены на расстоянии (1-3) D, от точки пересечения осей патрубков с продольной осью приемника, где

D — диаметр приемника.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительными датчиками статического давления, размещенными на расстоянии С от точки пересечения осей патрубков с продольной осью приемника, характеризующимися соотношением

» «IA 1-3 1) ..1 где rn, — номер датчика, а общее число датчиков М 45.

1170353

Изобретение относится к измерению параметров газовых потоков, в . частности к технике диагностики и контроля параметров неравновесных газовых сред.. 5

Известно устройство для измерения скорости потока, состоящее из осесимметричного полого отборника с двумя датчиками давления, причем датчики давления соединены с полос- 10 тями отборника таким образом, что один из них измеряет статическое давление, а другой - полное. Ско, рость потока V определяется при этом на основании формулы Релея, вы-15

У« :режающей отношение полного давления к статическому как функцию числа

Маха (М) в набегающем потоке, по соотношению Ч = М а, где а — скорость звука (ее величина определяется щ либо из таблиц, либо при известной температуре набегающего потока по формуле а « Б рук, где Z — показатель адиабаты R — газовая постоянная; Tll — температура набегающего потока) (13.

Недостатком указанного устройства, является то, что оно не позволяет с достаточной точностью измерить скорость неравновесного газового потока. При измерениях полного давления, наприме, в дозвуковом потоке газ тормозится на поверхности отборника и успевает прийти в рав- 35 новесное состояние, т.е. в конечном счете измеряется полное давление срелаксировавшего газа.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения 40 скорости неравновесных газовых потоков, которое содержит осесимметричный приемник, снабженный расположенными под углом к его оси патрубками для подвода вспомогатель- 45 ного газового потока, и датчики статического давления, расположенные до и после выходных отверстий патрубков, выполненных в приемнике, при этом патрубки соединены с источником вспо-50 могательного газового потока, на молекулах которого обеспечивается меньшая скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных (2 j.

Данное устройство не обеспечивает достаточной точности измерения дозвуковых и трансзвуковых потоков.

Цель изобретения — повышение точ. ности измерения скорости как дозвуковых, так и трансзвуковых Ilo токов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения скорости неравновесных газовых потоков, содержащем осесимметричный приемник, снабженный расположенными под углом к его оси патрубками для подвода вспомогательного газового потока, и, датчики статического давления, расположенные до и после выходных отверстий патрубков, выполненных в приемнике, при этом патрубки соединены с источником вспомогательного газового потока, на молекулах которого обеспечивается меньшая скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных . угол ориентации патрубков к продольной оси приемника составляет 60-90 ф, причем проходное сечение каждого патрубка характеризуется соотношением (0 1F

Il где F — проходное сечение приемника

n — число патрубков, а датчики статического давления размещены на расстоянии (1-3)В от точки пересечения осей патрубков с продольной осью приемника, где D — диаметр приемника.

Кроме того, устройство может бытЬ снабжено дополнительными датчиками статического давления, размещенными на расстоянии t от .точки пересечения осей патрубков с продольной осью приемника, характеризующимся соотношением

= m(1-3)D, где ш — номер датчика, а общее число датчиков М 4 5.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.

Устройство содержит осесимметричный приемник 1, воспринимающий иссле. дуемый поток 2 и снабженный размещенными равномерно по окружности патрубками 3, подключенными через коллектор 4, подводящую магистраль

5 и вентиль 6 к источнику 7 вспомогательного газового потока, на моделяется по формуле

3 1 лекулах которого обеспечивается меньшая скорость релаксации исследуемого газового потока, чем на собственных. Измерение статического давления до и после зоны введения вспомогательного потока осуществляется с помощью датчиков 8.

Устройство работает следующим образом, В исследуемом потоке газ (N ) имеет различные по величине поступательную (Т) и колебательную (Т ) температуры.

Исследуемый поток колебательно4F возбужденных молекул N (V) попада2 ет в осесимметричный приемник 1.

Через подводящие патрубки 3, расположенные равномерно по периметру приемника к исследуемому потоку подмешивается газ из источника 7 и попадает в коллектор, 4, соединенный с подводящими патрубками через магистраль 5,при открывании вентиля 6.

При перемешивании исследуемого газового потока 2 и подмешиваемого через патрубки 3 газа на длине смешения l ц указанных газов происходит из. менение газодинамических параметров, в.том числе статического давления.

Причем изменение статического давления (до и после зоны смешения) зависйт от первоначальной скорости исследуемого потока неравновесного газа (Н ). Для того; чтобы при смешении указанных потоков не изменялась степень неравновесности исследуемого газа (не происходила релаксация колебательной энергии в образовавшемся пОсле смешения потоке), необходимо выполнить следующие условия: во-первых, длина смешения

1 должна быть меньше длины колебательной релаксации 1 кт(1см 1 кз) 3 во-вторых, скорость релаксации колебательной энергии молекул исследуемого газа N (Ч) 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 ).

При дозвуковой скорости исследуе.мого потока наименьшая длина cMeme, ния достигается при перпендикуляр;: ном вдузе или при вдуве навстречу движений потока, а при трансзвуко.вой скорости — при вдуве под углом, о

:близким к 90 к вектору скорости ис370353 4 следуемого потока. Причем этот угол должен уменьшаться с увеличением скорости исследуемого потока. Исходя из условия обеспечения минимальной цлины смешения подводящие патрубки

3 расположены таким образом, что . ось симметрии каждого из них составляет угол 60-90 с осью симметрии приемникй, причем угол 60 примеfO няется при трансзвуковой, а 90 при дозвуковой скорости.

Как указывалось ранее, изменение статического давления при подмешивании дополнительного количества raf5 за к потоку зависит от его скорости.

Поэтому, измерив перепад статического давления до и после зоны смешения, можно определить скорость неравновесного потока. Для этого измерение перепада статического давления осуществляют на расстоянии (3 3)0 от точки пересечения осей патрубков с продольной осью приемника, где D — - диаметр прием25 ника. Перед местом пересечения осей симметрии патрубков и приемника установлен датчик 8 для измерения давления до зоны смешения. Установка датчика в указанной точке

5б позволяет исключить влияние возмущений, вносимых струями из патрубков 3. Для измерения давления за зоной смешения. датчик необходимо устанавливать от первого на расто35

, янии х > I, В общем случае 1см мо-. жет быть вычислена заранее, однако это не всегда возможно. Устанавливая датчики 8 давления последовательно от места пересечения осей

40 симметрии патрубков 3 и приемника .на расстоянии ш (1-3)D, где m— номер датчика, можно определить величину 1„ экспериментально. При

x > leg показания датчиков давления не будут меняться, т. е. если показания двух последовательно расположенных датчиков 8 давления одинаковы, то условие х ) 1с удовлетворено, и величина статического давления за зоной смешения определяется

50 по показаниям именно этих датчиков.

По измеренным значениям статическо го давления до и после эоны смешения вычисляется величина перепада давления ЬР. При известном значении рас55 хода подмешиваемогб газа (у) скорость исследуемого колебательно-неравновесного газового пото:.а опре1170353

6 Еа

Ч=

2Рд P где Ч скорость исследуемого потока; расход подмешиваемого через патрубки 3 газа; скорость звука в исследуемом потоке; измеренный перепад статического давления до и после зоны смешения; площадь поперечного сече6Р

F л ния приемника

Знак плюс в формуле соответствует скорости V > а, а минус — V c a.

Представленная формула для определения скорости потока справедлива при небольших относительных . расходах подмешиваемого через патер рубки 3 газаф=,"де Ь, — расход

Ь1 газа через входнбе сечение приемника, à именно с (< 1. Поэтому проходное

10 сечение каждого из подводящих патрубков удовлетворяет условию

0 1Р

f, где f — площадь проходнои

Д2 го сечения патрубка; f = ; й—

4 число патрубков.

Предлагаемое устройство для опре. деления скорости газового потока позволяет определять скорость колебательно-неравновесного газового .потока с высокой степенью точности.

1170353

Составитель В. Назарова

Редактор И. Рыбченко Техред М.Кузьма

Корректор М, Розман

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4699/41 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5