Способ определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствия и устройство для его осуществления

Способ определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствия и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области исследования аэрозолей и может быть использовано при изучении механизма улавливания и осаждения пыли, дыма, туман и парожидкостных смесей в пробоотборных, воздухоочистных устройствах, паровых и газовых турбинах, а также при изучении обледенения поверхности летательных аппаратов. Способ определения зоны и коэффициента захвата заключается в том, что предварительно заряжают воздушный поток, обтекающий препятствие, установленное в рабочем участке аэродинамической трубы. Определяют ток, переносимый заряженными частицами через поперечное сечение аэродинамической трубы. Измеряют электрические токи, текущие на различные участки поверхности препятствия при осаждении на них заряженных частиц, и определяют коэффициент захвата как отношение тока осаждения к току переноса, умноженное на отношение площади поперечного сечения потока заряженной аэрозоли к площади проекции препятствия на плоскость, параллельную плоскости поперечного сечения невозмущенного аэрозольного потока. Зону захвата определяют из условия неравенства нулю токов осаждения, текущих на различные участки поверхности препятствия. Способ осуществляется с помощью устройства. Устройство для определения зоны и коэффициента захвата содержит генератор аэрозоля и металлическую детурбулизирующую сетку, установленные в форкамере аэродинамической трубы и электрически изолированные от элементов ее конструкции. Детурбулизирующая сетка подключена к высоковольтному электроду источника высокого напряжения. Источник высокого напряжения и генератор аэрозоля заземлены через общий измеритель тока. На поверхности препятствия установлены металлические зонды, электрически изолированные друг от друга и от поверхности препятствия и заземленные через измерители электрического тока. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 G 01 N 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4317284/31--25 (22) 07.09.87 (46} 07.11,89. Бюл. Р 41 (22) В..Л. Петренко и Т.В. Попкова (53} 632.911.2 (088.8} (56) Rang I.В. et all, Inertial

Impaction of aегоsol Particles ол

СУ1иЫегв. T. of Арр1. Phys.1955, v. 26, р. 244.

Амелин А,Г., Беляков N.È. К вопросу об осаждении капель из потока.

ДАН,СССР, 1956, т. 108 ° К 1, с. 31 33. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ И КОЗФ,ФИЦИЕНТА ЗАХВАТА ПРИ ОСАИЩЕНИИ ЧАСТИП НА ПРЕПЯТСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретейие относится к области-исследования аэрозолей и может быть ,использовано при изучении механизма улавливания и осаждения пыли, дыма, туманов и парожндкостных смесей и пробоотборных, воздухоочистных устройствах, паровых и газовых турбинах, а также при изучении обледенения поверхности летательных аппаратов. Способ определения зоны и коэффициента захвата заключается в том, что предварительно заряжают воздушный поток, обтекающий препятствие, установленное в рабочем участке аэродинамической трубы. Определяют ток, переносимый заряженными частицами через поперечное сечение аэродинамической трубы.

„.,SU„„1520397 А 1

Измеряют электрические токи, текущие на различные участки поверхности препятствия при осаждении на них заряженных частиц, и определяют коэффициент захвата как отношение тока осаждения к току переноса, умноженное на отношение площади поперечного сечения потока заряженной аэрозоли к площади проекции препятствия на плоскость, параллельную плоскости поперечного сечения невозмущенного аэрозольного потока. Зону захвата определяют из условия неравенства нулю токов осаждения, текущих на различные участки поверхности препятствия. Способ осуществляется с помощью устройства. g

Устройство для определения зоны и коафрнанента еаквата еоаертетт генера- Щ тор аэрозоля и металлическую детурбу- С лиэирующую сетку„ установленные.в форкамере аэродинамической трубы и электрически изолированные от элементов ее конструкции. Детурбулизирующая ®® сетка подключена к высоковольтному Q3 электроду источника высокого напряжения. Источник высокого напряжения и генератор аэрозогл заземлены через общий измеритель т ка. На поверхности препятствия установлены металлические зонды, электрически изолированные друг от друга и от поверхности препятствия и заземленные через измерители электрического тока. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. 3

1520397

Изобретение относится к исследова: нию аэрозолей и может быть использоI вано при изучении механизма улавливания и осаждения пылей, дымов, туманов и парожидкостных смесей в пробоотборных, воздухоочистных устройствах, паровых и газовых турбинах, а также при изучении обледенения поверхности летательных аппаратов. 10

Пель изобретения — повышение точности и скорости определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц иэ аэрозольного потока на препятствия при изменении параметров аэрозольного потока и геометрии препятствия °

На фиг. 1 представлена схема устройства для определения зоны и коэф.фициента захвата; на фиг. 2 — схема 20 исследуемого препятствия; на фиг.3— узел I на фиг. 2; на фиг. 4 — схема проведения эксперимента но.определению степени взаимовлияния поверхностных электрических зондов; на фиг.5 - 25 схема проведения эксперимента по определению зоны и коэффициента захвата при взаимодействии аэрозольного потока с плоской поверхностью.

Устройство для осуществления способа определения зоны и коэффициента захвата представляет собой аэродинамическую трубу (фиг. 1), в форкамере 1 которой эа хонейкомбом 2 установлены распыляющле форсунки 3 геке55 ратора 4 аэрозоля. На выходе форкамеры 1 перед сопловым аппаратом 5 установлена, например, металлическая сетка 6. Генератор 4 аэрозоля и сетка 6 электрически изолированы от сте- 10 нок аэродинамической трубы. К сетке

6 подключен высоковольтный электрод источника 7 высокого напряжения. 1 енератор 4 аэрозоля и источник 7 высокого напряжения заземлены через общий микроамперметр 8. В рабочем участке 9 аэродинамической трубы установлены измеритель дисперсности 10 и концентрации аэрозольных частиц и исследуемое препятствие 11 с установленными на нем электрическими зондами 12, изолированными друг от друга и от поверхности препятствия и заземленными через микроамперметры 13 и 14. Воздушный поток в аэродинамической трубе создается вентиляторной

55 установкой 15.

Конструктивно препятствие выполнено в виде отдельных частей, способных изменять свое положение относительно друг друга и вектора скорости Ч набегающего потока заряженной аэрозоли.

В качестве примера на фиг. 2 изображено препятствие, представляющее собой отсек механизированного крыла летательного аппарата. Предусмотрена возможность изменения угла атаки a(и углов отклонения предкрылка d „ и однощелевого закрылка d . На поверхности препятствия заподлицо с ней укреплены плоские электрические зонды — металлические пластины на изолирующей подложке. Они размещены таким обра" îì, что покрывают всю поверхность препятствия и не имеют электрического контакта с ней и друг с другом. Технологические зонды могут быть выполнены, например, травлением фольгированных листов диэлектрических материалов или напылением металла на диэлектрическую подложку. Форма зонда произвольна, а размеры определяются зарядом, переносимым аэрозолем, и чувствителькостью измерителей тока. Каждый зонд подключен к индивидуальному измерителю тока, например, микроамперметру 13. Возможно последовательное подключение всех зондов через коммутирующее устройство 16 к одному измерителю тока с одновремен-, ным измерением суммарного тока, текущего на землю от всех зондов, общим микроамперметром 14 (фиг.3).

Способ осуществляется следующим образом.

Вентиляторной установкой 15 аэро- динамической трубы создают воздушный поток, s который распыляющими форсунками 3 генератора 4 аэрозоля, установленными в форкамере 1 перед сеткой 6» вводят частицы аэрозоля, например, дистиллированной воды. С помощью источника 7 высокого напряжения создают между распыляющими форсунками 3 и сеткой 6 электрическое поле, в котором осуществляют индукционную зарядку частиц. Параметры генератора 4 аэрозоля устанавливают так„чтобы обеспечивалась постоянная плотность потока аэрозоля в поперечном сечении рабочего участка 9 аэродинамической трубы, При зарядке частиц аэрозоля» учитывая различные виды электростатических сил, действующих на частицу, подбирают параметры электрического поля таким образом, чтобы траектории частиц практически не зависели от их заряда.

5 1520397

Иикроамперметром 8 измеряют ток переноса I,, переносимый заряженным аэрозольным потоком

Отсюда вычисляется общий коэффициент захвата и ITS

1 I Ъ7

Вычисляются местные коэффициенты захвата

Г I2, S

1 т 17 У

1О где W . — площадь проекции i-го участ-, ка препятствия, I

4 I, t (I — Iy) -m

3 ы

Э где Q — массовый расход распыляемой жидкости; R — - радиус частицы; ; — плот- 25 ность жидкости N = — — количество

m частиц, пролет ающих з а время t ч ере з поперечное сечение S рабочего участка 9. 30

В случае полидисперсного аэрозоля по известной функции распределения аэрозольных частиц по размерам, расходу жидкости О, току I„ определяются средние масса и заряд одной частицы.

Заряд частиц можно определить также аспирационным способом.

Иикроамперметрами 13 измеряются токи осаждения I2;, текущие на каждый 1-й электрический зонд 12, разме- 40 щенный на поверхности препятствия 11.

Иикроамперметром 14 измеряется суммарный ток оСаждения ?2, обусловленный осаждением заряженных частиц аэрозоля.

Измеряется площадь W проекции препят- 45 стия 11 на плоскость, параллельную плоскости поперечного сечения рабочего участка 9 аэродинамической трубы.

Количество аэроэольных частиц, осевших на препятствие за время

Т 2 определяется как и =

55

I< = I — Iy где I — ток выноса иэ генератора 4 аэрозоля; I у — ток утечки на сетку 6 при осаждении на нее заряженных частиц аэрозоля (во избежание утечки тока по тракту подачи распыляемой жидкости все элементы конструкции re— нератора 4 аэрозоля не связаны с землей) .

Измерителем 10 дисперсности определяется функция распределения аэрозольных частиц по размерам.

В случае использования в генераторе аэрозоля форсунок 3 с монодисперсным распылом масса m и заряд q одной сферической частицы

Количество аэроэольных частиц, осевших бы на поверхность препятствия, если бы линии тока не отклонялись препятствием, определяется как

I tM

Ю

Определяются зоны захвата из условия I2, g 0 и по известной схеме расположения каждого электрического зонда 12 на поверхности препятствия, При использовании в качестве измерителей тока микроамперметров 13 и 14 по известным площадям проекций препятствия и поперечного сечения аэрозольного потока шкалы микроамперметров непосредственно градуируются в значениях коэффициента захвата, При этом одновременно измеряются местные и общие коэффициенты захвата, для чего измеренные микроамперметрами 13 токи осаждения ? 2 от каждого иэ электрических зондов 12 подаются на общий измеритель тока (микроамперметр 14).

Измерение токов, а следовательно, коэффициента и зоны захвата производится в процессе изменения факторов аэрозольного потока и геометрии исследуемого препятствия 11. Точность измерения определяется размерами зондов и точностью амперметров и практически не меняется при появлении на поверхности препятствия пленки жидкости. Это подтверждается результатами эксперимента (фиг. 4) по определению степени перетекания заряда на соседние зонды при падении единичной заряженной капли на центр 1-го зонда, если все зонды покрыты пленкой дистиллированной воды -.îëöèíåé 2 - l0 м.

Исследовались элек:.рические зонды 12 шириной 10 .10 и с диэлектрической

-ь перемычкой между ними 1 .10 м. По оси абсцисс графика отложены номера электрических зондов 12, по оси ординат — отношения токов, текущих на i-e зонды, к току, переносимому заряженным аэрозольным потоком. Видно, «то утечки токов на соседние электрические зонды 12 не превышают

52, В общем случае утечки токов зависят от объемной проводимости жидкости.

7520397

На фиг. 5 представлены результаты определения коэффициентов и зоны захвата при изучении взаимодействия осесимметричной двухфазной струи, 5 истекающей из сверхзвукового сопла распыляющей форсунки 3 генератора 4 аэрозоля и распространяющейся вдоль плоской металлической поверхности исследуемого препятствия. 11. Распыляющая форсунка 3 устанавливается на расстоянии 0,015 м от поверхности исследуемого препятствия 11. Расход распыляемой жидкости Я составляет 0,003 кг/с, степень нерасчетности сверхзвукового сопла с7 = 1,б. При то-5 ке переноса I = 4 10 A ток осажде1

-5 ния I на пластину составляет 22.10 A.

Ось абсцисс графика совмещена с поверхностью пластины и совпадает по

20 направлению с осью аэрозольно -a потока. Ось ординат также совпадает с поверхностью пластины. Расстояние по осям отсчитывается от выходного сечения распыляющей форсунки генератора аэрозоля. На графике сплошными линиями показаны зоны с одинаковыми значениями коэффициентов захвата, а зоны захвата заштрихованы. При построении графика учтена симметрия картины рас3 пределения коэффициентов и зоны захвата относительно оси струи.

Использование предлагаемого способа определения зоны и коэффициента по сравнению с существующими имеет ряд преимуществ, связанных с возможностью 3 измерений в процессе изменения факторов аэрозольного потока, геометрии и пространственного полонения исследуемого препятствия. Увеличение скорости обработки экспериментальных данных позволяет в этом случае определять мгновенные значения Е „ и положение зоны захвата на поверхности препятствия. Кроме того, предлагаемый способ позволяет проводить одновременные измерения как общих (интегральных), а так и местных (локальных) коэффициентов захвата с достаточно высокой степенью точности благодаря применению

Я) точных измерителей тока и возможности ". изготовления и установки на поверхности препятствий малоразмерных поверхностных электрических зонцов, Использование в предлагаемом устройстве индукционного метода заряжения аэрозоли обусловлено простотой переоборудования существующих аэрозольных аэродинамических труб и возможностью применения в генераторах заряженной аэрозоли различных типов распыляющих форсунок. При этом в качестве высоковольтного электрода используется элемент конструкции аэродинамической трубы — сетка 6, служащая для устранения неравномерности распределения скорости воздушного потока в форкамере аэродинамической трубы.

Формула изобретения

Способ определения зоны и коэф фициента захвата при осаждении частиц на препятствия, включающий ввод частиц, распыляемых генератором аэрозоля в воздушный поток, создаваемый аэродинамической трубой, измерения площади N проекции препятствия, уста новленного в рабочем участке аэродинамической трубы, на плоскость, параллельную плоскости поперечного сечения аэрозольного потока, дисперсности и концентрации аэрозольных частиц, подсчет количества частиц, осевших на поверхность препятствия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и скорости определения эоны и коэффициента захвата при изменении параметров аэрозольного потока и геометрии препятствия, предварительно sаряжают частицы аэрозоля, определяют ток переноса 1„ переносимый заряженными аэрозольными частицами через поперечное сечение аэродинамической

1 трубы S, измеряют электрические токи осаждения I>, текущие на различные участки поверхности препятствия при осаждении на них заряженных частиц, и определяют коэффициент заХаЯ хвата по формуле Е. =, а зону захватя из условия I О.

2, Устройство для определения зоны и коэффициента захвата при осаждении частиц на препятствия, содерmagee аэродинамическую трубу с последовательно размещенными в ее форкамере генератором аэрозоля и детурбулиэирующей сеткой, а также пробоотборник для измерения дисперсности аэрозоля и препятствия, установленные в рабочем участке трубы за детурболизирующей сеткой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и скорости определения зоны и коэффициента захвата, генера9 15"0397 1О тор аэрозоля и детурбулизирующая сет- дополнительно введенный в устройство ка электрически изолированы от дру- измеритель тока заземлен, на поверхгих элементов конструкции аэродина- ности препятствия установлены электмической трубы, детурбулизирующая рически изолированные от поверхности сетка подключена к полюсу дополни5 препятствия и друг от друга металлительно введенного в устройство источ- ческие зонды, каждый из которых через ника высокого напряжения, противопо- дополнительный измеритель тока заэемложный по знаку полюс которого под- лея. ключен к генератору аэрозоля и через

Ю

12 юг. 2

1520397

° Зэк

Е,у-"ФЮ 9

Д3М /$6 ф е 6

4ьэ. f.,Составитель N. Рогачев

Техред Л.Олийнык Корректор И. Иаксимишинец

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 6149/44

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101