Устройство для создания стратификации жидкости

 

Изобретение относится к устройствам, применяемым в экспериментальной гидромеханике для создания приближенной модели температурных и солевых распределений по глубине, характерных для морей, океанов и других водоемов, содержащих раствор соли, имеющих гидрологические изменения температуры, обусловливающие процессы двойной диффузии и двойной конвекции. Устройство имеет системы обеспечения и контроля солевой стратификации; система обеспечения содержит камеру дозировки соли, входное отверстие которой соединено с водопроводом, бак подготовки раствора соли с мешалкой, расположенный выше максимального уровня налива в бассейн и соединенный с выходным отверстием камеры дозировки соли, поплавковый распределитель послойной заливки бассейна, связанный гибким трубопроводом с встроенным в него вентилем регулировки напора струи раствора соли с баком подготовки раствора соли, а система контроля солевой стратификации содержит датчик электропроводности, соединенный с самописцем, отградуированным в единицах солености, и пробоотборную трубку, верхний конец которой гибким шлангом соединен с индикатором солености, закрепленным на нижнем конце ножевидного пилона крыловидного сечения, установленного с возможностью вертикального перемещения в прижимных подшипниках, закрепленных на каретке, опирающейся на стенки бассейна, и механизм его вертикального перемещения, например электродвигатель с редуктором и реечной передачей. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам области экспериментальной гидромеханики и применяется в экспериментальной гидромеханике для создания приближенной модели температурных и солевых распределений по глубине, характерных для морей, океанов и других водоемов, содержащих раствор соли, имеющих гидрологические изменения температуры, обусловливающие процессы двойной диффузии и двойной конвекции.

Устройство предназначено для использования в научных целях при лабораторных экспериментальных исследованиях естественных процессов развития двойной конвекции и двойной диффузии в натурных условиях при наличии температурных и солевых распределений.

Известно устройство по авт. св. N 1229799 кл. G 09 В 23/12, 1986 для создания в жидкости стратификации, принятое за прототип. Оно содержит бассейн с исследуемой жидкостью, охлаждающую и нагревающую замкнутые системы, резервуары которых связаны посредством трубопроводов с бассейном, оно имеет систему регулирования параметров процесса, содержащую опирающуюся на стенки бассейна каретку, несущую расположенные на разном уровне температурные датчики контроля, циркуляционные насосы, электрически связанные с температурными датчиками контроля и охлаждающей и нагревающей замкнутыми системами, датчики регулирования температуры, расположенные в резервуарах и установленные в бассейне с возможностью вертикального перемещения, охлаждающий теплообменник, связанный с охлаждающей системой, и расположенный над ним нагревающий теплообменник, связанный с нагревающей системой.

Однако это устройство для создания в жидкости стратификации исключает возможность создания одновременно с температурной и солевой стратификации, характерных для натурных условий. Тем самым существующий недостаток известного устройства исключает из рассмотрения все задачи с проведением исследований процессов двойной конвекции и двойной диффузии, что ограничивает диапазон решаемых задач.

Заявляемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в расширении диапазона решаемых задач и обеспечении возможности исследования процессов двойной конвекции и двойной диффузии путем одновременного воспроизведения вертикальных солевых и температурных распределений, существующих в натурных условиях.

Для этого известное устройство (авт. св. N 1229799) для создания в жидкости стратификации одержит системы обеспечения и контроля солевой стратификации, при этом система обеспечения содержит камеру дозировки соли, входное отверстие которой соединено с водопроводом, расположенный выше максимального уровня налива в бассейн бак подготовки раствора соли с мешалкой, соединенный с выходным отверстием камеры дозировки соли, поплавковый распределитель послойной заливки бассейна, связанный гибким трубопроводом с встроенным в него вентилем регулировки напора струи раствора соли с баком подготовки раствора соли, а система контроля солевой стратификации содержит датчик электропроводности, соединенный с самописцем, от градуированным в единицах солености, и пробоотборную трубку, верхний конец которой гибким шлангом соединен с индикатором солености, закрепленным на нижнем конце ножевидного пилона крыловидного сечения, установленного с возможностью вертикального перемещения в прижимных подшипниках, закрепленных на каретке, опирающейся на стенки бассейна, и механизм его вертикального перемещения, например электродвигатель с редуктором и реечной передачей.

Предложенное техническое решение имеет признаки, отличающие его от прототипа, поэтому оно обладает "новизной".

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для создания стратификации жидкости; на фиг. 2 - узел вертикального перемещения датчиков контроля солености и температуры, включающий каретку, пилон, прижимные подшипники, электродвигатель с редуктором и реечной передачей; на фиг. 3 представлено распределение плотности жидкости из-за изменения температуры в бассейне с помощью нагревающей и охлаждающей систем; на фиг. 4 - распределение плотности жидкости из-за изменения солености в бассейне с помощью системы обеспечения солености; на фиг. 5 - распределение плотности жидкости, полученное с помощью одновременного использования систем подогрева, охлаждения и обеспечения солености.

Устройство содержит бассейн 1 с исследуемой жидкостью, охлаждающую и нагревающую системы, резервуары 2 и 3 которых посредством трубопроводов 4 связаны с бассейном 1, систему регулирования параметров процесса, содержащую расположенные на разном уровне температурные датчики контроля, циркуляционные насосы 7, электрически связанные с датчиками и охлаждающей и нагревающей замкнутыми системами, датчики 8 регулирования температуры, расположенные в резервуарах 2 и 3, охлаждающий теплообменник 9, связанный с охлаждающей системой, и нагревающий теплообменник 10, расположенный над теплообменником 9, связанный с нагревающей системой с возможностью вертикального перемещения, систему обеспечения и контроля солевой стратификации, при этом система обеспечения включает камеру 11 дозировки соли, входное отверстие которой соединено с водопроводом, расположенный выше максимального уровня налива в бассейн бак 12 подготовки раствора соли с мешалкой 13, соединенный с выходным отверстием камеры дозировки соли, поплавковый распределитель 14 послойной заливки бассейна, связанный гибким трубопроводом 15 с встроенным в него вентилем 16 регулировки напора струи раствора соли с баком 12 подготовки раствора соли, а система контроля солевой стратификации содержит датчик 17 электропроводности, соединенный с самописцем 18, отградуированным в единицах солености, и пробоотборную трубку 19, верхний конец которой гибким шлангом соединен с индикатором 20 солености, закрепленным на нижнем конце ножевидного пилона 21 крыловидного сечения, установленного с возможностью вертикального перемещения в прижимных подшипниках 22, закрепленных на каретке, опирающейся на стенки бассейна, и механизм его вертикального перемещения, например электродвигатель 23 с редуктором 24 и реечной передачей 25.

Устройство работает следующим образом.

В камеру 11 дозировки соли закладывается расчетное количество соли, куда до центрального водопровода направляется струя пресной воды для растворения соли и одновременного заполнения бака 12 подготовки раствора соли, расположенного выше максимального уровня налива воды в бассейн, где происходит перемешивание раствора соли мешалкой 13. Приготовленный однородный раствор соли с заданной концентрацией сливается в поплавковый распределитель 14 по гибкому трубопроводу 15 с возможностью регулировки напора струи встроенным в него вентилем 16. Поплавковый распределитель 14 вдоль периметра имеет щель, через которую приготовленный раствор соли растекается по свободной поверхности, заполняя бассейн. Послойной заливкой достигается необходимое распределение по вертикали раствора соли в бассейне. Контроль вертикального распределения соли осуществляется с помощью датчика 17 электропроводности, соединенного с самописцем 18, и пробоотборной трубки 19 с индикатором 20 солености, закрепленным, например, с помощью прижимной планки на нижнем конце боковой стороны ножевидного пилона 21, имеющего возможность вертикального перемещения в прижимных подшипниках 22, закрепленных на каретке, опирающейся на стенки бассейна, с помощью электродвигателя 23, редуктора 24 и реечной передачи 25. После установления солевой стратификации охлаждающий 9 и нагревающий 10 теплообменники устанавливаются в бассейне на штангах и фиксируются на горизонтах, обеспечивающих заданное распределение температуры по вертикали. Рабочая жидкость из резервуаров 2 и 3 циркуляционным насосом 7 подается в теплообменники 9 для охлаждения нижних слоев жидкости и в теплообменник 10 для подогрева верхних слоев жидкости бассейна с последующим возвратом рабочей жидкости в резервуары 2 и 3 для восстановления заданной температуры. Температурные датчики контроля и датчики 8 регулирования температуры обеспечивают заданное распределение температуры в бассейне на глубинных горизонтах с устойчивым градиентом.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ СТРАТИФИКАЦИИ ЖИДКОСТИ, включающее бассейн с исследуемой жидкостью, охлаждающую и нагревающую замкнутые системы, резервуары которых связаны трубопроводами с бассейном, систему регулирования параметров процесса, содержащую опирающуюся на стенки бассейна каретку, несущую расположенные на ней на разном уровне температурные датчики контроля, циркуляционные насосы, электрически связанные с датчиками контроля и охлаждающей и нагревающей системами, датчики системы регулирования температуры, расположенные в резервуарах и установленные в бассейне с возможностью вертикального перемещения, охлаждающий теплообменник, связанный с охлаждающей системой, и расположенный над ним нагревающий теплообменник, связанный с нагревающей системой, отличающееся тем, что оно дополнено системами обеспечения и контроля солевой стратификации, при этом система обеспечения содержит камеру дозировки соли, входное отверстие которой соединено с водопроводом, расположенным выше максимального уровня налива в бассейне бак подготовки раствора соли с мешалкой, соединенный с выходным отверстием камеры дозировки соли, и поплавковый распределитель послойной заливки бассейна, связанный гибким трубопроводом, имеющим вентиль регулировки напора струи раствора соли, с баком подготовки раствора соли, а система контроля солевой стратификации содержит ножевидный пилон крыловидного сечения, установленный с возможностью вертикального перемещения в прижимных подшипниках, закрепленных на каретке, механизм вертикального перемещения пилона в виде электродвигателя с реечной передачей и установленные на нижнем конце пилона датчик электропроводности, снабженный самописцем, отградуированный в единицах солености, индикатор солености и пробоотборную трубку, связанную верхним концом с индикатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5