Устройство для исследования нагрева жидкости

Устройство для исследования нагрева жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1750290 (6! ) ???????????????????????????? ?? ??????. ????????-???? ! (22) ???????????????? 090378 (2f) 2588563>

G О1 5 3/42 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР. но делам изобретений н открытий

Опубликовано 2307.80. Бюллетень Мо 27

Дата опубликования описания 230780 (53) УДК 66. 048. 58 (088.8) (72) Автор изобретения

В.С.Чудинов (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРЕВА

ЖИДКОСТИ

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, в частности х пирометрии излучения и может быть использовано для исследо- вания процессов тепло- и массообмена в неизотермических газожидкостных потоках.

Известны анализаторы среды, содержащие источник и приемник излучения, оптическую систему, кюветы с анализируемой и эталонной средой, светофильтры, модулятор светового потока, регулирующие заслонки и усилитель сигнала разбаланса t1j .

Известны также устройства для исследования жидкости, содержащие камеру с окном из материала, прозрачного для инфракрасного (ИК) излучения, и устройствами для подачи жидкости, модулятор излучения с вращающимся диском, приемник излучения с измерительным и опорным каналами и измерительную схему 121 .

Данное устройство по технической сущности наиболее близко к заявляе-мому и принято в качестве прототипа.

Недостатки известных устройств состоят в том, что при сравнимых по величине уровнях ИК-излучения от объ- 3щ екта измерения и модулятора с вращающимся диском на точность измерений влияет изменение температуры последнего. На точность измерений влияет также неидентичность излучательных свойств объекта измерения и калибровочного источника (калибратора), Кроме того, поскольку визирование объекта измерения и калибровочного источника производится через два различных оптических канала, то на точность измерений влияют также изменения в поглощении ИК-излучения промежуточной средой, находящейся в этих каналах.

Целью предлагаемого изобретения является повьыение точности измерений температуры жидкости на границе раздела газ-жидкость в двухфазном потоке.

Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем камеру с окном из материала, прозрачного для инфракрасного излучения, и устройствами для подачи жидкости, модулятор излучения, приемник излучения с измерительным и опорным каналами и измерительную схему, измерительный и опорный каналы совмещены, модулятор излучения выполнен в виде сообщающе750290 гося с камерой устройства для подачи газа, а устройства для по,дачи жидкости установлены в камере на уровне лучепроэрачного окна.

На рисунке изображено устройство для исследования нагрева жидкости.

Устройство для исследования нагрева жидкости содержит камеру 1 с окном

2 из материала, пропускающего ИК-лучи, и, установленные на уровне лучепроэрачного окна 2, устройства для подачи жидкости, например, штуцеры 3.

С внешней стороны камеры 1, напротив лучепрозрачного окна 2, установлен приемник излучения 4 с оптически совмещенными в тубусе 5 измерительным и опорным каналами. Приемник излучения 4 подключен к измерительной схеме б. Камера 1 сообщается с модулятором излучения, выполненным в виде устройства для подачи газа,содержащего, например, вакуумнасос 7, 2П регулировочный вентиль 8, ротаметр 9 и овтерстие 10 в крышке 11, закрывающей камеру сгорания 12 с газоходом

13 и газовой горелкой 14.

Устройство для исследования нагрева жидкости работает следующим образом.

После включения вакуум-насоса 7 в камеру 1 че >ез штуцер 3 подается жидкость, например, вода. Нагретый гаэ, в виде продуктов сгорания газового топлива, направляется иэ камеры сгорания 12 к отверстию 10, где разделяется на два потока, один из которых в заданном количестве поступает в камеру 1, а другой избыточный поток газа отводится в атмосферу через газоход 13. При входе газа в камеру 1 на кромке отверстия

10 периодически образуются пузырьки, .которые по мере своего роста отрываются от отверстия 10 и поднимаются в слое жидкости, соприкасаясь со стенками камеры 1. Частота образующихся пузырьков регулируется при помощи вентиля 8. На поверхности лу40 чепрозрачного окна 2 происходит чередование пленок жидкости, окружающих пузырьки и сплошную массу жидкости, находящуюся между пузырьками.

Гаэ, охлаждаясь в пузырьках, нагревает пленки жидкости, окружающие границу раздела газ-жидкость до температуры, превышающей температуру

50 сплошной массы жидкости, заключенной между пузырьками. Инфракрасное (ИК-) излучение нагретого газа иэ полости пузырьков поглощается пленками воды окружающими пузырьки и разделяющими поверхность лучепрозрачного окна и границу раздела фаз. В свою очередь

ИК-излучение от нагретых пленок

55 жидкости, окружающих границу раздела газ-жидкость, атакже от пленок жид.кости, окружающих сплошную массу жидкости, при подъеме пузырьков поочередно попадает на пироелектрический 6 приемник излучения 4, преобразуется в электрический сигнал, который подается на вход измерительной схемы б и регистрируется на ленте самописца.

Таким образом, модулятор ИК-излучения, выполненный в виде устройства для подачи газа, осуществляется модуляцию ИК-илучения, распространяющегося из камеры 1. Температуру газа и жидкости на входе в камеру 1 и на выходе из нее контролируют при помощи микротермопар. Источником опорного (эталонного) ИК-излучения является сплошная масса жидкости, поступающая при известной температуре через штуцер 3, расположенный на уровне лучепрозрачного окна 2. Такое расположение штуцера 3 позволяет уменьшить изменение температуры поступающей в камеру жидкости до ее попадания на поверхность лучепрозрачного окна ?.

Поскольку опорное и измеряемое ИКизлучения распространяются из камеры

1 в направлении приемника излучения

4 по одному и тому же оптическому пути в тубусе 5, то необходимость в наличии двух раздельных каналов, как это имеется в прототипе, отпадает, и поэтому измерительный и опорный каналы в предложенном устройстве совмещены.

Выполненное указанным образом устройство для исследования нагрева жидкости позволяет: — повысить точность измерений температуры жидкости на границе раздела гаэ-жидкость в двухфазном потоке, во-первых, за счег использования калибратора с иэлучительными свойствами, идентичными свойствами объекта измерения; во-вторых,за счет уменьшения влияния на результаты измерений изменений в поглощение ИК-излучения промежуточной средой, находящейся между приемником излучения, калибратором и объектом измерения в одном оптическом канале; — упростить конструкцию устройства за счет использования одного оптического канала в тубусе 5 для прохождения ИК-излучения от калибратора или объекта измерения к приемнику излучения; — обеспечить фиксиров<". ную частоту подъема пузырей в пределах от 0 до 25 Гц, а также варьировать скорость истечения газа в жидкость от

0 до 100 м/с; — стабилизировать такие параметры продуктов сгорания на входе в жидкость как давление, объемный расход, влагосодержайие, коэффициент избытка воздуха, химический состав и излучательную способность пламени; — сократить пределы изменения начальной температуры продуктов сгорания при изменении их расхода через жидкость за счет избыточного количества продуктов сгорания, отводи750290

МОЩМфу

ЦНИИПИ Заказ 4620/32 Тираж 713 Подписное

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 мых из камеры сгорания в атмосферу через гаэоход; — повысить начальную температуру газов на входе в жидкость до 1500 С.

Использование предложенного устройства, например, для исследования процессов тепло- и массообмена в аппаратах с погруженными горелками (АПГ) позволит оптимизировать глубину по-, гружения различных конструкций горелок в жидкость, а нагревание или выпарку растворов в АПГ производить при минимальных энергетических затратах на подачу газовоэдушного топлива и окислителя в горелки.

Так, например, для нефтяного месторождения Узень Казахской ССР, гдЕ морская вода подогревается в АПГ до

65ОС и эакачивается в нефтяные залежи с целью повышения их нефтеотдачи, при использовании предложенного способа для поддержания оптимальной глу- 20 бины погружения горелок в воду на каждые 50 мм до оптимальной величины эаглубления. Если учесть, что суточный объем нагреваемой по месторождению воды составляет 130 тыс. мэ, то 25 при использовании вентиляторов типа

ВВД 9 5 для подачи вздуха в горелки, ожидается экономический эффект в размере 13,7 тыс. руб.

Формула изобретения

Устройство для исследования нагрева жидкости, содержащее камеру с окном из материала, прозрачного для инфракрасного излучения, и средствами для подачи жидкости, модулятор излучения, приемник излучения с измерительным и опорным каналами и измерительную схему, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений температуры жидкости на границе раздела газжидкость в двухфазном потоке, измерительный и опорный каналы совмещены, модулятор излучения выполнен в виде сообщающегося с камерой устройства для подачи газа, а средства для подачи жидкости установлены в камере на уровне лучепроэрачного окна.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 429290, N, кл. G 01 3 3/42, 1972.

2. Борисов Ю."Инфракрасные излучения", N.. Энергия, 1976, с.11.