Устройство для измерения кинетики испарения капель жидкостей в газовом потоке

Устройство для измерения кинетики испарения капель жидкостей в газовом потоке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соцмаиистическик

Республик (63) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 29.07. 81 (21)3328007/18-25

Р1 М Н з

6 01 Н .25/02

01 N 27/2г с присоединением заявки Но

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

РИ УДК;5.36 ° 423. . 1 (088 "Sj

Опубликовано 1502.83. Бюллетень Мб

Дата опубликования описания 15.02,83 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕТИКИ

ИСПАРЕНИЯ КАПЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ В ГАЗОВОМ

ПОТОКЕ

Изобретение относится к измерительной технике, -в частности к измерению размера капель жидкостей-при исследовании кинетики их испаренияи процессов тепломассообмена и может быть реализов — íî как в экспериментальных установках по изучению поведения жидких капель, так и в .технологических процессах, например, при производстве порошкообразных продуктов, распылительной сушке вязких растворов, экстрагировании.

Известны устройства для определения размера жидкой капли в газовом потоке, представляющие собой рабочую камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений и мйкрофотосъемочным

:аппаратом (1).

Недостатками данных устройств являются относительно невысокая точность, большая роль субъективного фактора в результатах измерений (оптические и весовые устройства), сложность в исполнении, а соэданиеэкспериментальных установок с использованием этих устройств наталкивается на сложности конструктивного характера. Кроме того, электрические устройства являются дорогостоящими, а оптические устройства требуют дополнительной мощной подсветки исследуемого объекта, что не только возмущает его, но и крайне искажает кар« тину поведения жидкой капли, с точки зрения, например, изучения процессов испарения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений, приспособлением для формирования капли, и микрофотосъемочный аппарат, представляющий собой сложный оптико-механический прибор.

В рабочей камере, снабженной системой ввода и вывода газа и окном для оптических наблюдений, против которого установлен микрофотосъемочный аппарат, формируют каплю жидкости при помощи приспособления для формирования капли, представляющего собой микробюретку, заполненную исследуемой жидкостью. Размер капли жидкости, помещенной в фокус микрофотосъемочного аппарата, определяется по фотографиям с учетом увеличения микроскопа по сравнению с реЗО альными раэмерамн капли 32 ) 996922

Недостатком известного способа является сравнительно невысокая точность измерений, которая лимитируется точностью микроскопа (0,01 мм), и длительность процесса получения конкретного значения линейного размера жидкой капли, обусловленная многоэтапностью операций до получения окончательного результата (порядка 2 ч при одном измерении) . Необходимость обработки фотоматериалов, а также необходимость определения линейного размера жидкой капли. по фотографиям не позволяет в принципе автоматизировать процесс измерения.

Цель изобретения — повышение эффективности и точности измерения линейного размера капель жидкостей.

Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерения кинетики испарения капель жидкостей в газовом потоке, включающем камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений, и блок формирования капли, в камеру помещен двухэлектродный конденсатор, одна из обкладок которого выполнена в виде металлического капилляра, соединенного с блоком формирования капли„ а вторая — в виде пористого металлического диска с диаметром, равным диаметру камеры, электрически изолированного от капилляра и корпуса камеры и расположенного на входе газового потока перпендикулярно его направлению, причем укаэанный конденсатор включен в частотозадающую цепь генератора высокочастотных колебаний, выход которого связан с системой измерения, обработки и фиксирования результатов.

На чертеже приведена схема устройства для определения линейного размера жидкой капли в газовом потоке.

Устройство состоит из камеры 1, в которую помещен электрический конденсатор, одна из обкладок которого выполнена в виде металлического капилляра 2, соединенного с блоком для формирования капли 3, а вторая в виде пористого металлического диска 4 с диаметром, равным диаметру камеры, электрически изолированного от капилляра и корпуса камеры и расположенного на входе газового потока перпендикулярно его направлению, причем устройство снабжено генератором высокочастотных колебаний 2.

Газовый ноток создают при помощи системы ввода 6 и вывода 7 газа, а информация о линейном размере исследуемой капли жидкости 8 автома- тически выводится на систему измерения, обработки и фиксирования результатов 9. Визуальный контроль за жидкой каплей осуществляется через

I0

65 функцией размера капли.

Электрический конденсатор, .обкладками которого являются металлический капилляр 2 и пространственно разделенный с ним пористый металлический диск 4, одновременно предназначенный для ламинаризации газового потока, набегающего на каплю жидкости 8, включен в частотозадающую цепь генератора высокочастотных колебаний 5, выход которого соединен с системой измерения, обработки и фиксирования результатов 9 (одна обкладка — пористый металлический диск — соединена непосредственно с генератором, а вторая — металлический капилляр— через землю ). При формировании . капли жидкости 8 на нижнем торце металлического капилляра 2 происходит изменение емкости электрического конденсатора,что ведет к,изменению собственной частоты генератора 5, которое поступает в виде электрического импульса на систему измерения, обработки и фиксирования результатов.

В камере 1 при выбираемой температуре (например 313 K) создают пониженное давление путем откачки находящегося в ней газа вакуумным насосом ВН-461М. Подключают систему ввода газа 6 в камеру и, коррекокно для оптических наблюдений 10.

Электрическая изоляция металлического диска от корпуса камеры осуществляется изолирующей прокладкой 11.

Камера 1 выполнена в виде цилиндра из посеребренной латуни, закрепленного между двумя фланцами. Первая обкладка электрического конденсатора металлический капилляр 2 — представляет собой стальную трубку с внешним диаметром 0,231 ° 10-З м. ьторая обкладка — пористый металлический диск 4 - диаметром 0,377.10 1 м. спресованный из никелевого порошка.

Система измерения, обработки и фиксирования результатов 9 состоит иэ электронно-счетного частотомера

Ч3-34А, устройства цифропечатающего

Щ68000К и ЭВМ типа ДЗ-28. С целью исключения деформации капли жидкости и возможной турбулизации газового потока пористый металлический диск 4 установлен перпендикулярно направлению газового потока и оси металлического капилляра 2, Блок для формирования капли 3 представляет собой вакуумноплотный шприц с перемещающимся винтовым штоком.

Устройство работает следующим обс разом.

Полная емкость электрического конденсатора определяется геометрическими размерами обкладок 2 и 4 (постоянная составляющая) и размером капли жидкости 8 (переменная составляющая) и, таким образом, является

996922

Формула изобретения тируя скорость ввода газа и скорость его вывода, устанавливают требуемое давление в камере (например, 933 гПа).

Включают систему измерения, обработки и фиксирования результатов 9, которая измеряет частоту fo, являющуюся функцией емкости электрического конденсатора. Затем на нижнем торце металлического капилляра 2 формируют каплю жидкости 8, подавая ее из.блока для формирования капли 3 по капилляру-обкладке 2; при этом система измерения, обработки и фик сирования результатов автоматичес- . ки измеряет новую частоту f„ и по градуировочной характеристике, 35 имеющей вид

Л f =0,1318+2,1422+3,4859, .и введенной в виде программы в ЭВИ

ДЗ-28, ойределяет линейный размер капли h, используя известные значения half = fo -1, в ламинарном газовом потоке.

Использование устройства позволяет.проводить исследование кинетики испарения капель жидкостей в ламинарном газовом потоке в интенсивном (до 10 измерений в секунду) и полностью автоматизированном режиме эа счет того, что информация о линейном размере жидкой капли поступает в виде электрических импульсов определенной частоты иэ конденсатора на систему измерения, обработки и фиксирования результатов, где размер капли жидкости определяется и извлекается автоматически в цифровом ви-. де.Эффективность процесса исследования достигается за.счет исключения многоэтапных операций (таких как фотографирование, изготовление фотоснимков и измерение по ним линейного размера жидкой капли с учетом увеличения микроскопа), необходимых при использовании устройства (прототипа) с микрофотосъемочным аппаратом. Если для исследования кинети- 45 ки испарения капель жидкостей с помощью известного устройства, например, при десяти измерениях, проводимых каждые 60 с, на обработку экспериментальных результатов до по- 5Q лучения конкретных значений десяти линейных размеров испарявшейся капли жидкости уходило 2-2,5 ч, то с помощью предлагаемого устройства это время сокращается до 11 мин, 55 т.е. практически до времени, за которое и происходит исследование

6 (через 1 с после каждого из десяти измерений система измерения, обработки и фиксирования результатов выдает конкретное значение линейного размера капли жидкости). Точность измерений возрастает в 2-2,5 раза по сравнению с прототипом при средней чувствительности устройства

7 кГц/мм.

Малые размеры устройства дают воэможность полностью термостатировать камеру, что ведет к существенному расширению диапазона температур, при которых ведуТся изме.рения линейного размера жидкой капли в газовом потоке.

Все это позволяет повысить.эффективность и производительность труда, а также качество получаемых экспериментальных результатов.

Устройство для измерения кинетики испарения капель жидкостей в газовом потоке, включающее камеру с системой ввода и вывода газа, снабженную окном для оптических наблюдений, и блок формирования капли, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения эффективности и точности измерения линейного размера капель жидкостей, в камеру помещен двухэлектродный конденсатор, одна из обкладок которого выполнена в виде металлического капилляра, соединенного с блоком формирования капли, а вторая — в виде пористого металлического диска с диаметром, равным диаметру камеры, электрически изолированного от капилляра и от корпуса камеры и расположенного на входе газового потока перпендикулярно его. направлению, причем укаэанный конденсатор включен в частотоэадающую цепь генератора высокочастотных колебаний, выход которого соединен с системой измерения, обработки и фиксирования результатов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фукс Н.A. Испарение и рост капель в газбобразной среде. М., Изд-во АН СССР, 1958.

2. Ranz W.Е., MarshaPP W.Ê.

Evaparation f.rom draps Chem.Eng.

Progress. Vol.48; 9 3, 1952, р.141146 (прототип).

996922

Составитель В.Гусева

Редактор К.Волощук Техред О. Неце Корректор Г.Решетник

Заказ 923/61 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4