Способ стабилизации размера микрокапель, образующих диссипативную структуру "капельный кластер"

Изобретение относится к высокоточным способам управления и манипуляции сверхмалыми объемами жидкости и может быть использовано при решении ряда задач микромасштабной гидрогазодинамики, теплофизики, а также в микрофлюидике. Способ стабилизации размера микрокапель заключается в том, что конденсационный рост капель подавляется за счет частичного испарения капель под действием электромагнитного излучения, поглощаемого каплями. Техническим результатом является простота технической реализации и высокая эффективность, позволяя в течение длительного времени стабилизировать размер капель кластера с точностью не хуже десятых долей микрометра. 2 ил.

 

Изобретение относится к высокоточным способам управления и манипуляции сверхмалыми объемами жидкости и может применяться при решении ряда задач микромасштабной гидрогазодинамики, теплофизики, микрофлюидики.

Для способов сверхточного дозирования жидкостей [RU 2271519, опубл. 10.03.2006. Бюл. №7; RU 2333465, опубл. 10.09.2008. Бюл. №25], основанных на явлении «Капельный кластер», актуальны технические решения, позволяющие стабилизировать во времени размер микрокапель. Проблема обусловлена тем, что в стандартных условиях [RU 2271519, опубл. 10.03.2006. Бюл. №7; RU 2333465, опубл. 10.09.2008. Бюл. №25] капли кластера подвержены конденсационному росту [1], скорость которого пропорциональна температуре межфазной поверхности (МФП) жидкость-газ под кластером и может достигать значений порядка 1 мкм/с [2]. Учитывая, что объем и масса капли пропорциональны ее диаметру в третьей степени, конденсационный рост капель может существенно снижать точность дозирования жидкости.

Технический результат предлагаемого изобретения - стабилизация размера капель кластера, простота технической реализации и высокая эффективность способа.

В предлагаемом способе эффект стабилизации размера капель кластера достигается за счет частичного испарения капли под действием электромагнитного излучения, хорошо поглощаемого веществом капель. Схема эксперимента, подтверждающего эффективность такого способа, показана на Фиг. 1. Здесь: 1 - капельный кластер, 2 - кювета с тонким горизонтальным слоем воды 3 (радиальное сечение), 4 - источник инфракрасного (ИК) излучения, 5 - объектив стереомикроскопа. Конструкция встроенного в дно кюветы нагревателя 6 подробнее отражена на вставке справа: 7 - металлический стержень диаметром 1 мм, который вклеен заподлицо на эпоксидную смолу 8 в дно кюветы; на стержень навита изолированная нихромовая проволока 9.

При пропускании электрического тока нихромовая проволока разогревается, через металлический стержень тепло передается слою жидкости и над нагревателем формируется капельный кластер. Спектральный диапазон ИК-источника попадает на полосу поглощения воды, однако облучение практически не влияет на распределение температуры в объеме слоя (плотность мощности ИК-излучения в сечении слоя весьма мала - порядка 10 мВт/см2). В то же время такое воздействие достаточно для повышения температуры микрокапель и интенсификации испарения с их поверхности, что позволяет управляемо снижать скорость конденсационного роста и стабилизировать размер капель кластера.

В качестве примера на Фиг. 2 приведены экспериментальные данные, характеризующие скорость изменения диаметра капель кластера. Для наглядности рассмотрен кластер из четырех капель, каждая из которых легко идентифицируется на последовательных кадрах (dcp - средний по 4-м каплям диаметр). Размер капли зависит от длительности ее нахождения в кластере, поскольку формирование кластера было растянуто по времени, на момент начала видеозаписи (t=0 с) капли заметно отличались по диаметру. На графике первые 30 секунд соответствуют периоду, в течение которого на кластер оказывалось воздействие ИК-излучения, в момент t=30 с ИК-источник был выключен и конденсационный рост капель возобновился (мощность нагревателя, индуцирующего капельный кластер, все время оставалась постоянной). В рассмотренном случае применение ИК-источника позволило снизить скорость роста диаметра капель с 0.39 мкм/с до 0.01 мкм/с, т.е. почти в 40 раз.

Новый способ сочетает простоту технической реализации и высокую эффективность, позволяя в течение длительного времени стабилизировать размер капель кластера с точностью не хуже десятых долей мкм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федорец А.А. Механизм стабилизации положения капельного кластера над межфазной поверхностью жидкость-газ // Письма в ЖТФ. - 2012. - №21. - С. 63-69.

2. Федорец А.А. Эффекты тепломассопереноса при локальном нагреве межфазной поверхности жидкость-газ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Тюменский государственный университет. Тюмень, 2011, 46 с.

Способ стабилизации размера микрокапель, образующих диссипативную структуру «Капельный кластер», отличающийся тем, что конденсационный рост капель подавляется за счет частичного испарения капель под действием электромагнитного излучения, поглощаемого каплями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования сыпучих свойств геоматериалов. Устройство представляет собой сварную конструкцию башенного типа, устанавливаемую на верхней предварительно спланированной площадке отработанного карьера с обеспечением вертикальной устойчивости.

Изобретение относится к устройствам для многокомпонентного дозирования сыпучих материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве при производстве комбикормов, пищевой, фармацевтической, химической и строительной промышленности.

Изобретение относится к области управления расходом сыпучих материалов, перемещаемых потоком газа. Материал, свободно поступающий по напорной шахте из загрузочного бункера в смесительную камеру, смешивается в ней с газом и выдается на выход за счет давления PC на входе в выпускной трубопровод, измеряемого датчиком давления, установленным там же, причем давление стабилизируется на значении, определяемом заданным значением расхода Q М З Д сыпучего материала в соответствии с формулой Непрерывность управления обеспечивается тем, что материал поступает в смесительную камеру по напорной шахте, высота которой определяется по формуле Технический результат - повышение точности и надежности при одновременном обеспечении непрерывного управления расходом, а также на расширение диапазона управляемого изменения расхода.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для автоматического определения объемов закачиваемых в скважину по напорной магистрали буровых и тампонажных жидкостей.

Изобретение относится к оборудованию для дозированной подачи сыпучего материала. В опирающемся на упругую подвеску герметичном бункере на движущемся возвратно-поступательно вертикальном штоке закреплен нижний открывающийся наружу конический клапан.

Изобретение относится к механике неоднородных сред и может быть использовано в химической промышленности, металлургии, фармакологии, производстве моющих средств, минеральных удобрений, строительных материалов, ядовитых и взрывчатых веществ и т.д.

Устройство для измерения весового расхода и весового дозирования жидких флотационных реагентов содержит расходный бак, оснащенный датчиком верхнего уровня, тензометрическим датчиком силы, измерительным буйком, который подвешен к тензометрическому датчику силы, входным и выходным клапанами, управляемыми микроконтроллером, оснащенным программным обеспечением и электрическими цепями связи для входных и выходных сигналов.

Изобретение относится к оборудованию для многокомпонентного весового дозирования сыпучих продуктов и может быть использовано в комбикормовой, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений. Устройство содержит резервуар (1) с выходным патрубком (2), расположенным на дне резервуара, и вертикальным входным патрубком (4), емкость (11) с поплавком (13), шток и сливное отверстие.

Изобретение относится к средствам дозирования и направлено на повышение качества очистки бункеров при выгрузке связных трудносыпучих материалов, а также на обеспечение возможности быстрого и точного дозирования выгрузного материала, что обеспечивается за счет того, что устройство включает вертикальный корпус цилиндрической формы, щелевое дно которого выполнено из концентрических объемных колец, расположенных с кольцевыми зазорами относительно друг друга и жестко связанных между собой балками.

Датчик перманентного контроля сердечного ритма шахтера относиться к области обеспечения безопасности работ в горной промышленности и может использоваться для перманентного контроля сердечного ритма всего персонала в шахтах, как во время выполнения ими плановых работ, так и при возникновение чрезвычайных ситуаций, повлекших изоляцию персонала шахты за/под завалом горной породы. Новым в датчике перманентного контроля сердечного ритма шахтера является размещение датчика внутри корпуса аккумуляторного блока шахтерского фонаря со стороны его широкой стенки, обращенной к телу шахтера и изготовление датчика в виде автодинного генератора, совмещенного с микрополосковой антенной и содержащего кроме того датчик тока, узкополосный усилитель инфразвуковой частоты, микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем и получатель информации о сердечном ритме шахтера. Автодинный генератор состоит из полевого транзистора, блокировочного конденсатора и микрополосковой антенной на диэлектрической подложке с экранирующей пластиной, который начинает генерировать колебания при подаче на сток транзистора напряжения постоянного тока. Автодинный генератор - это генератор с открытой колебательной системой, способной излучать и принимать электромагнитные колебания. При возбуждении автодинного генератора он через микрополосковую антенну начинает эффективно излучать микроволновые колебания в сторону тела шахтера. Мощность этих колебаний невелика, что совершенно не сказывается на здоровье самого шахтера. Отразившись от тела шахтера, колебания вновь улавливаются микрополосковой антенной и складываются с собственными колебаниями автодинного генератора, вызывая тем самым изменение протекающего через автодинный генератор постоянного тока. Датчик тока, подключенный к выводу питания автодинного генератора, позволяет регистрировать эти изменения потребления тока, которые несут информацию о сердечном ритме шахтера. Узкополосный усилитель инфразвуковой частоты выделяет и усиливает эти изменения тока в диапазоне частот 0,8-2,5 Гц, соответствующие сердцебиению шахтера. В этом же диапазоне частот на выходе узкополосного усилителя инфразвуковой частоты присутствуют составляющие, обусловленные движением тела шахтера. Однако эти составляющие имеют нерегулярный характер и по своей сути являются составляющими шума, среднеквадратическое значение которых на известном временном интервале равно нулю. Спектральные составляющие, вызванные сердцебиением человека, имеют регулярный характер и их легко распознать, применив корреляционную обработку сигнала. Микроконтроллер осуществляет оцифровку сигнала, присутствующего на выходе усилителя инфразвуковой частоты и производит при этом корреляционную обработку последовательности оцифрованных данных на заданном временном интервале. В результате этой обработки микроконтроллер выделят составляющие, имеющие периодическую структуру, которые, по сути, соответствуют сердечному ритму человека. Далее через свой стандартный цифровой интерфейс микроконтроллер выдает данные получателю информации о сердечном ритме шахтера.

Способ определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода при изменении содержания воды в смеси в широких пределах относится к области электрических измерений неэлектрических величин и может быть использован для контроля содержания воды в жидких смесях типа диэлектрик-вода, например жидких углеводородах (нефть, масло, мазут и т.п.) или во влажных смесях (цементно-песочная смесь и т.п.). Способ может быть использован в составе аналитическо-измерительных комплексов непрерывного контроля параметров смеси в системах автоматического управления технологическими процессами. Преимущество данного способа измерения, по сравнению с другими способами измерения заключается повышенной точности определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода. Кроме того, процентное содержание воды в смеси определяется однозначно. Эти свойства предполагаемого изобретения особенно важны при организации автоматического управления технологическими процессами. Новым в способе определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода является применение микроволнового канала связи для проведения измерений набега фазы и одновременной оценки степени поглощения микроволнового сигнала в смеси. По произведенной оценке степени поглощения сигнала определяют грубо процентное содержание воды в смеси, что дает возможность определить число фазовых циклов набега фазы микроволнового сигнала и определить тем самым точное значение набега фазы или точно и однозначно определить процентное содержание воды в смеси. Измерение разности фаз сигналов производят при этом на низких частотах, получаемых после гомодинного преобразования частоты микроволновых сигналов. Использование низких частот для измерения разности фаз позволяет получить высокую точность измерений. Для организации гомодинного преобразования частот сигналов один из микроволновых сигналов получают путем монотонного сдвига фазы исходного микроволнового сигнала с определенной скоростью.

Изобретение относится к дозирующей технике и может быть использовано в различных областях техники, в частности в металлургии для ввода фракционированных модифицирующих и легирующих лигатур, рафинирующих, дегазирующих материалов на струю расплава металла как при его выпуске из плавильной печи в ковш, так и при его заливке из ковша в литейную форму. Задачи изобретения - упрощение устройства дозатора сыпучих материалов, оптимизация регулирования и управления скоростью подачи вводимых материалов из бункера дозатора. Дозатор сыпучих материалов (фиг. 1), состоящий из бункера, треноги и направляющего патрубка, отличающийся тем, что для оптимизации регулирования, управления скоростью подачи вводимых материалов из дозатора используется специальная пластина-ограничитель расхода, имеющая возможность возвратно-поступательного движения по направляющим, управляемая посредством рукоятки, имеющая несколько разновеликих отверстий с увеличением их размера по направлению от сплошной части к ее рукоятке (фиг. 2), либо одно продолговатое отверстие, расширяющееся по направлению от сплошной части к ее рукоятке (фиг. 3). 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вспомогательным устройствам для систем очистки и/или обессоливания жидкости, преимущественно воды для бытового и/или питьевого водоснабжения, предназначенным для использования в бытовых и/или промышленных условиях, на дачных и садовых участках. Устройство дозирования антискаланта включает резервуар для антискаланта, средство дозирования, содержащее две дозирующие камеры, снабженные по меньшей мере одним механизмом подачи антискаланта, два узла подключения, входные и выходные клапаны и средство передачи движения. Средство дозирования соединено с резервуаром для антискаланта через входные клапана узлов подключения и при работе устройства с линией подачи жидкости системы очистки жидкости через выходные клапана узла подключения. Устройство выполнено с возможностью преобразования вращательного движения средства передачи движения в возвратно-поступательное движение механизма подачи антискаланта, при этом каждая дозирующая камера снабжена отдельным механизмом подачи антискаланта, которые синхронизированы в противофазе через средство передачи движения. Техническим результатом изобретения является обеспечение улучшения возможности регулирования количества единовременного дозирования антискаланта при одновременном повышении энергетической эффективности и надежности устройства дозирования антискаланта. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Областью применения изобретения являются бытовые устройства для дозирования чистящих составов для мытья посуды, кондиционера для ткани и др. Предлагаются изделие и способ для выпуска доз жидкости, вязкость которой снижается при увеличении скорости сдвига и находится в диапазоне от 1 мПа⋅с до 350 мПа⋅с, измеренная при скорости сдвига 1000 с-1 и температуре 20°C. Изделие содержит контейнер, крышку, содержащую сопло для выпуска жидкости, дозирующую камеру, содержащую основание, имеющее расположенное в нем выпускное отверстие, боковые стенки, выполненные по периметру основания протяженными вверх, и впускное отверстие, расположенное проксимально по отношению к боковым стенкам. Также изделии содержит регулирующее поток отверстие, расположенное проксимально по отношению к выпускному отверстию, толкатель, выполненный с возможностью перемещения относительно камеры с перемещением в блокирующее положение при сжатии контейнера, а также клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым положением, при котором возможен поток жидкости через выпускное отверстие, и закрытым положением, перекрывающим это отверстие. При этом отношение суммарной площади впускного отверстия к суммарной площади регулирующего поток отверстия составляет примерно от 2 до 25. Техническим результатом является создание простого, эффективного в использовании и компактного устройства и способа, обеспечивающих многократный отпуск управляемых доз, с улучшенным дренажем дозирующей камеры, во избежание подтекания капель после дозирования. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области устройств для выдачи жидкости и может применяться для автоматической подачи заданных объемов жидкости. Устройство содержит емкость с впускным и выпускным отверстиями и поплавок. Поплавок расположен во входной воронке над выпускным отверстием и имеет коноидальную форму. Поплавок содержит пропущенную через его центр неподвижную аэрационную трубку с соплом и вентиль соединения с атмосферой. Под входной воронкой установлена подпоплавковая камера. Камера связана с отводящей сужающейся книзу трубой. Верхний конец аэрационной трубки закреплен жестко к плите перекрытия емкости. Нижний конец трубки закреплен жестко к крестовине в подпоплавковой камере. К нижней части воронки прикреплены жестко корпуса цилиндров с возвратными пружинами. Крышки цилиндров имеют направляющие трубки. Через направляющие трубки пропущены направляющие стойки. Стойки выполнены в виде регулирующих винтов. Верхние концы стоек прикреплены жестко к боковым стенкам поплавка. Нижние концы стоек зафиксированы регулируемыми гайками внутри цилиндров. Поплавок в емкости отделен от зоны поступления жидкости из подающего трубопровода консольной перегородкой. Нижний конец перегородки с зазором расположен в сторону дна емкости. Обеспечивается упрощение конструкции и уменьшение материалоемкости. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области газодинамики и гидравлики, в частности может быть использовано для работы системы газообеспечения газосварочных горелок, электродуговых плазмотронов. Регулятор соотношений расходов потоков двух сред включает систему слияния двух потоков, регулируемых посредством изменения величины зазоров. Он снабжен двухсекционной обоймой, в секциях которой соосно выполнены две пары одинаковых по сечению каналов подачи смешиваемых потоков. Между секциями подвижно в тугом поставе располагают плоский шток с двумя поперечными каналами того же сечения для прохода регулируемых потоков, подаваемых во входную секцию при заданных равных давлениях. Оси каналов в штоке располагают на меньшем расстоянии между собой, в сравнении с осями каналов обоймы, на величину, равную диаметру каналов. При перемещении штока, открывая канал одного из потоков и закрывая другой с возможностью полного его перекрытия, обеспечивают требуемые значения соотношений потоков в соответствующих положениях штока. В результате обеспечено постоянство суммарного потока смешиваемых сред при изменении их соотношений до нескольких порядков, упрощается конструкция и эксплуатация регулятора. 2 ил.

Изобретение относится к области дозирования сыпучих материалов с внешним управлением для повторяющегося отмеривания и выдачи заданных объемов из резервуара независимо от веса тел и способа их подачи. Изобретение направлено на повышение точности и надежности процесса дозирования при одновременном увеличении диапазона управляемого изменения расхода и расширении номенклатуры дозируемых сыпучих материалов. Заявленный способ автоматического дозирования, в соответствии с которым в бункере путем откачки из него газа создается разрежение, в результате чего в бункер по загрузочному трубопроводу поступает смесь сыпучего материала с газом. При достижении определенной величины перепада давления на слое материала в бункере, под действием силы гравитации через разгрузочный трубопровод, сопряженный с днищем бункера, происходит выгрузка материала. Перепад давления измеряют между точками в верхней части и в нижней части бункера, а выгрузка материала осуществляется через вертикальный трубопровод постоянного поперечного сечения путем отключения устройства, создающего разрежение. Гидравлическое сопротивление разгрузочного трубопровода при всасывании по нему воздуха больше, чем гидравлическое сопротивление загрузочного трубопровода при всасывании через него смеси материала с газом. Также заявлен дозатор, реализующий указанный способ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к кормопроизводству, а именно экструдированию смеси кормовых продуктов. Смеситель-дозатор пресс-экструдера содержит бункер (смесительную емкость), в нижней части которого крепится подающий шнек. Корпус подающего шнека свободным концом крепится к камере пресс-экструдера. В бункере (смесительной емкости) на приводном валу крепятся криволинейные лопасти трапециевидной формы, обращенные вогнутостью в сторону вращения. На подающем шнеке установлены поперечные планки, а в витке шнека выполнены прорези, обеспечивающие многократное изменение направления транспортирующего материала, что улучшает его смешивание. Использование изобретения позволит повысить качество смешивания компонентов смеси и стабилизировать процесс экструдирования за счет подачи материала в цилиндр пресс-экструдера под давлением. 3 ил.

Изобретение относится к области дозирования жидкостей и представляет собой пневмоэлектронную универсальную (по отношению к операциям порционного и непрерывного дозирования) систему, которая может быть использована для автоматизации целого ряда технологических процессов, включающих операции дозирования жидкостей (расфасовка технических жидкостей в тару, дозирование химреагентов на объектах очистки промышленных сточных вод, нанесения клеевых составов в сборочных производствах с клеевыми соединениями машиностроения и деревообрабатывающей промышленности и др.). Техническим результатом изобретения является повышение точности и производительности системы при реализации операций порционного дозирования, а также расширение ее функциональных возможностей при работе в режиме непрерывного дозирования. Суть изобретения заключается в том, что универсальная система дозирования жидкостей на базе мембранного насоса, содержащая расходный резервуар с дозируемой жидкостью, связанный линией транспортирования жидкости с входным патрубком установленной выше расходного резервуара дозировочной емкости, с выходным патрубком в ее нижней части и с глухой пневматической камерой - измерителем давления над уровнем жидкости в дозировочной емкости, соединенной с устройством управления дозированием. Расходный резервуар выполнен как резервуар открытого типа с постоянным сообщением с атмосферой, линия транспортирования жидкости оснащена мембранным насосом, входной трубопровод которого погружен под уровень жидкости в расходном резервуаре, а выходной (напорный) трубопровод подсоединен к входному патрубку снабженной уровнемерной трубкой дозировочной емкости, выходной патрубок которой подключен к трубопроводу линии слива дозы с концевой раздачей через шаровой запорный вентиль с двухсторонним пневмоприводом с положительным (Z+- «вентиль открыть») и отрицательным (Z- «вентиль закрыть») входами и сливной наконечник, вход пневмопитания насоса соединен с выходом реле давления с пневмоуправлением с нормально открытым и нормально замкнутым пневмоконтактами, причем его нормально открытый пневмоконтакт сообщается с атмосферой, а нормально замкнутый пневоконтакт соединен с источником сжатого воздуха, а устройство управления содержит пульт управления с задатчиком давления с контрольным манометром и пневмотумблерами - "Непрерывное дозирование", "Наполнение ДЕ", "Регулятор" и "Опорожнение ДЕ", командный узел, содержащий электронный таймер, электропневмопреобразователь с нормально открытым и нормально закрытым пневмоконтактами, трехвходовый логический элемент «ИЛИ» и логический элемент «НЕ», и регулятор давления, в состав которого входят пятимембранный элемент сравнения с двумя положительными и двумя отрицательными входами, пороговый двухкаскадный усилитель давления и три реле с нормально открытым и нормально закрытым пневмоконтактами, причем выход электронного таймера соединен с управляющим входом электропневмопреобразователя, нормально открытый пневмоконтакт которого соединен с атмосферой, нормально закрытый пневмоконтакт сообщается с источником питания пневмоэлементов управляющего устройства, а выход соединен с первым входом логического элемента «ИЛИ», второй вход которого подключен к выходу тумблера «Непрерывное дозирование», а третий вход соединен с выходом тумблера «Опорожнение ДЕ» и с каналом управления первого реле, выход элемента «ИЛИ» соединен с положительным входом шарового запорного вентиля и со входом логического элемента «НЕ», выход которого соединен с отрицательным входом шарового запорного вентиля, выход тумблера «Наполнение ДЕ» соединен с нормально открытым пневмоконтактом второго реле, нормально закрытый пневмоконтакт которого соединен с выходом двухкаскадного усилителя давления, а выход - с управляющим входом реле давления с пневмоуправлением, выход тумблера «Регулятор» подключен к клемме пневмопитания второго каскада двухкаскадного усилителя давления и к каналам управления второго и третьего реле, нормально открытый пневмоконтакт которого подключен к выходу первого реле, его нормально закрытый пневмоконтакт заглушен, а выход подсоединен к пневматической камере дозировочной емкости и к отрицательным входам пятимембранного элемента сравнения, положительные входы которого подключены к выходу задатчика давления, к контрольному манометру и к нормально закрытому пневмоконтакту первого реле, нормально открытый пневмоконтакт которого сообщается с атмосферой, а выход пятимембранного элемента сравнения соединен со входом двухкаскадного усилителя давления. 1 ил.
Наверх