Батометр

 

М 58496

Класс 421, 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегиспгригговино а Бюро «аооретенпи Госгглина ггри СгтЛ С(.C.i .

К. К. Орлов. батометр.

Заявлено 16 марта 1939 года в ГУГМС аа X 22>.

Он,блнковано 31 лскаоря 1940 года.

При экспериментальном исследова- пии режима взвешенных наносов встречается необходимость иметь такой из- мерительный прибор, который позволял, бы производить одновременные и весьva точные измерения всех элементов твердого ра хода взвешенных наносов в условиях потока небольших разме- ров.

В виду того, что среди существующих приборов и методов изооретатель i пе нашел способных удовлетворить; всем предъявленным выше требовани-; ям, им был разработан составляющип предмет настоящего авторского свидетельства прибор, названный им «ура- внительпым батометром».

Уравнительный батометр позволяет производить одновременные измерения средней скорости, средней мутности и, 1 ряда непрерывно изменяющихся или выборочных значений мгновенной мут-,| ности в «точке» потока. Слово «точка» взято в ковычки в связи с относительно большими размерами приемной час и прибора.

В основу действия прибора положен.: принцип отсасывания воды из потока при помощи насоса или сифона =о скоростью, не отличаюгцейся от естественной скорости потока в месте отсасывания пробы.

Этот принцип, обеспечивающий возможность одновременного измерения скорости и мутности, гарантирует и максимальную точность измерения последней. Действительно, в «точках» потока, где градиент мутности велик, и особенно в «точках» потока, близких к размываемому дну, несовпадение скоростей перед входом и внутри отсасывающей трубки может послужить пришной значительного несовпадения мутности во взятой пробе воды с действительной мутностью в данной «точке» потока.

Последнее вытекает из следующих элементарных соображений: если скорость внутри трубки будет меньше скорости потока у вхсгда в трубку, то труока не сможет пропустить всего расхода воды. проходящего через соответствующий элемент живого сечения потока, в результате чего поток перед входом в труоску будет расходиться. Наоборот, если скорость ненарушенного потока перед входом в отсасывающую трубку будет меньше скорости внутри нее, то упомянутый расход воды окажется недостаточным для заполнения всего поперечного сечения приемной части трубки и, следовательно, поток перед входом в трубку будет сходиться.

Таким образом, при скорости потока перед входом в отсасывающую трубку, меньшей скорости внутри трубки, пюследняя будет частично захватывать мутность из слоев потока, расположенных соответственно выше и ниже занимаемого ею пространства. Вследствие этого эпюра измеренной мутности будет сглажена больше, чем прп измерении мутности в условиях равенcfàà скоростей перед входом и внутри отсасывающей f ðó6ê:i. 1 роме того, если отсасывание воды производится вблизи размываемого дна, то сходягцийся перед труокой поток будет увеличивать интенсивность размыва дна, в связи с чем измеренная мутность окажется значительно завышенной. Наоборот, поток, расходящийся перед трубкой, будет уменьшать интенсивность размыва диа выше прибора и увеличивать интенсивность выпадения здесь наносов. В последнем случае измеренная мутность окажется заниженной.

В уравнительном батометре принцип отсасывания воды с естественной скоростью потока реализован на базе следующих очевидных положений.

Рассмотрим течение вблизи приемной части всасывающей трубки (фиг. 1 чертежа) в условиях, когда скорости потока непосредственно перед трубкой и внутри ее одинаковы.

Такое равенство скоростей обеспечивает отсутствие сжатия струи при входе и потому можно пренебрегать потерей энергии на малой длине 1.

Уравнение баланса энергии для участка 1 — 2 потока мож io написать в виде

Так как по условиям работы прибора м то уравнение (1) удовлетворяется при равенстве

P, — P., давлений в точках 1 и 2.

Малая длина рассматриваемого участка позволяет пренебрегать перераспределением скорости, вызываемым деиствием стенок Гp ",Îêw на !10ток> как HHvTpH, TBK и Вие трубки, и считать распределение скоростеи, при условии достато 1но малой толщины стенок одинаковым, а распределение давлений — c, iåäól()llIH.;i гидростатическому закону.

Поэтому давление Р.. в сечении 2 внутри трубки может быть определи»о как давление па внутренню|о поверхность трубки, а давление Р, вне ее определяется давление" на виешнюк поверхность трубки.

Таким образом, совпадение скоростей течения перед трубкой и внутри трубки может быть установлено по равенству давлений иа внешнюю и внутреннюю поверхности труоки на малом расстоянии от входа.

Схема прибора изображена иа фиг. 2 чертежа. Искомая величина скорост.: отсасывания воды устанавливается регулированием расхода воды в отсасывающей трубке (а) посредством винта (г), сжимающего трубку (а) в ее гибкой части (а ).

Необходимый IpH этом контрол правильности установки скорости отсасывания воды осуществляется с помощью приспособления, позволяющего фиксировать равенство давлений на внутреннюю и внешнюю поверхности приемной части трубки.

Это приспособление состоит из Т0Нких трубок (б) и (б ), соединяющих статические отверстия иа внешней и внутренней поверхностях приемной части трубки (а). При удалении из труоок (61 и (6 ) воздуха, что достигается его о;сасыванием через трубку (с), в них возникает течение воды, направление которого определяется превь:шецием давления в том и,ш другом статическом отверстии а или

Течение воды в трубка i (6) и (б ) мохкет быть легко обнаружено р их прозрачных частях (б") посредством введения через трубку (д) относительно ! iå6oëüøèõ объемов подкрашенной воды.

Так как искомой величине скорости отсасываемой водь. соответствует равенство давлений на внутреннюю и внешнюю поверхности приемной части отсасывающей трубки, то рабочее состояние прибора характеризуется отсутствием течения воды в частя.; (б") j трубок.

Таким ооразом, регулирование при-, ! бора состоит в уравнивании упомяну-, тых давлений, вследствие чего прибор и назван изобретателем «уравнитель- I ным батометром».

Описанное приспосооление для кон-, ! троля равенства давлений весьма вы- годно отличается от манометра тем, I что в нем отсутствует сопротивление; сил по:;ерхностного натяжения жидко- сти. Благодаря этому оно делает при- j бор одинаково пригодным для работы как при больших, так и при весьма ма- I лых скоростях потока и обеспечивает возможность достаточно быстрого измерения скорости. Последнее позволя- ет производить точные измерения мут- ности как в случае установившегося течения, так и в условиях медленного изменения режима потока.

Тщате Ihlloe и одинаковое выполнение статических отверстий и З ис-, ключает необходимость тарировки прп-, оора. Однако, как показали опыты ав- тора, строгое выполнение этого усло- вия при малых скоростях не является l обязательным. |

Измерение средней мутности и сред-,, ней скорости в «точке» потока с по- мощью уравнительного. батометра производится объемным способом.

Средняя скорость определяется из, формулы о — 12) где Q — объем взятой пробы, время взятия пробы, f — площадь входного отверстия приемной части всасывающей трубки.

Для определения средней мутности сл жнт формула: — — . 13) где гп = — 1 — р — коэфициент статической сплошности осажденных в пробе наносов (р — коэфициент порозности),:- — объем осажденных наносов.

Определение выборочных или непрерывно сменяющихся значений мгновенной мутности в «точке» потока при применении уравнительного батометра сводится к их измерению в определенном месте отсасывающей трубки. Такой спосоо основан на предположении, что иеран юмерность поступления мутности в отсасывающую трубку, являющаяся результатом пульсации мутности у входа в последню о, в основном сохраняет свой характер и в любом сечении отсасываюшей трубки, не с:шшком удаленном от входа.

Измерение выборочных вели шн мгновенной мутности в фиксированном сечении отсасывающей трубки производится путем фотографирования на пленку пучка света от светового источника постоянной силь,. пропущенного скзозь поток в отсасывающей трубке через специальные окна (в).

Различные выборочные величины мгновенной мутности у окошка всасывающей трубки, характеризующие поле мгновенных мутностей в «точке > всасывания воды, фиксируются на фотопленке в виде отдельных кадров различной прозрачности.

Условные числовые выражения прозрачности полученны«кадров могут быть найдены посредством фотометрического и фотоэлектрического анализа их. Переход от условных шсловы« выражений прозрачности кадров пленки к долям единицы. выражающим мутность, может быть получен путем сопоставления среднего арифметического значения характеристики прозрачности с величиной средней мутности. измеренной объемным способом.

Предмет изобретения.

1. Батометр, основанный на принци пе отсасывания жидкости из потока при помощи насоса или сифона и используемый для измерения скорости и мутности потока. о т л и ч а о шийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем отсасывания жидкости со скоростью, не отличающейся от естественной скорости потока в месте отбора пробы, к погружаемому в поток приемному концу всасывающей трубки присоединены две тонкие трубки, соединенные с коленами диференциального манометра и открытые— одна внутрь всасывающей трубки, а другая — наружу (в поток) с тем, чтобы по показанию манометра можно, 2. В батометре по п. 1 примененибыло установить скорость отсасыва- приспособления для фотозаписи .: у"ния равной скорости течения. ности жидкости.

Цен» 40 и з,.

) осяла1п.лаат

Отк. релакт,р П. В. Никитин

".: я. «(.ов. печ., М 363 ?. 3;1к. М 21я — 575