Способ исследования турболентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе

 

О П И С А Н И Е пц 600449

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.12.75 (21) 2304894 10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 11.04.78 (51) .11, Кл, - G 01Р 5 20

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 532.574(088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения А. И. Жерновой и А. Е. Кокни (71) Заявитель Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт им. Ленсовета (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ

В ПОТОКЕ ЖИДКОС1И В ТРУБОПРОВОДЕ

Изобретение относится к области гидродинамических исследований. Оно может быть использовано для проверки теорий турбулентного течения, а также для исследования эффективности перемешивания жидкости в различных химических, магнитогидродинамических и других устройствах.

Известен способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе, состоящий в том, что жидкость поляризуют магнитным полем, воздействуя на нее радиочастотным полем, и регистрируют сигнал

ЯМР (1).

Недостаток этого способа состоит в том, что он позволяет исследовать турбулентную диффузию только в направлении потока.

Цель изобретения — исследование поперечной турбулентной диффузии.

Для этого осуществляют воздействие различными радиочастотными полями на непер екрывающихся участках сечения трубопровода, разнесенных друг относительно друга по направлению потока.

Для исследования поперечной турбулентной диффузии при наличии однородного внешнего магнитного поля расстояние между участками задают путем перемещения радиочастотных катушек.

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа с изменением расстояния между участками путем перемещения катушек; на фпг. 2 — то же, без изменения расстояния.

Устройство содержит объем 1. расположенный в сильном магнитном поле, трубопровод

2, на конце которого имеется катушка 3 для регистрации сигнала ЯМР, присоединенная и схеме 4 детектора ЯМР. Кроме того, QHo имеет две катушки 5 и 7 для деполяризации жид10 кости, присоединенные к генератору G радиочастоты пли к генератору 8 (см. рпс. 2) .

Жидкость поляризуется, протекая по объему

1 и в отсутствии напряжения на катушках 5 п 7 дает на выходе схемы 4 положительный

15 сигнал ЯМР.

Катушки 5 и 7 сконструированы таким образом, что радиочастотное поле каждой из них производит изменение знака поляризации жидкости, например, в половине ссчс20 ния трубопровода. Расположены эти катушки в соседник участках трубопровода, отстоящих на некоторое расстояние одна от другой. При расстоянии l=0 две катушки (5 и

7) выполняют функцию одной катушки 5, т. с.

25 при подключении к генератору б онп осуществляют инверсшо иамагшгченностп жидкости во всем сечении трубопровода 2 (о111;1 катушка в одной половине сечения, другая во НТорой полов|ше), поэтому при Bblxo;Ic пз кату30 шек жидкость имеет отрицательную ядерную

600449

В ном генераторе 6 сигнал Я1ЧР на выходе схемы 4 отрицателен и имеет некоторую амплитуду А=АО.

При 1+0 из половины сечения трубопровода, в котором действует радиочастотное поле катушки 5, вытекает жидкость с отрицательной ядерной намагниченностью, а из другой половины этого сечения (где поле отсутствует) — с положительной ядерной намагниченност1п. Если за время прохождения расстояния l поперечное перемешивание в струе пренебре>кимо мало, то та половина жидкости, которая миновала радиочастотное поле катушки 5, пройдя расстояние 1, попадает в радиочастотное поле катушки 7 и там ее ядерная намагниченность испытывает инверсию, а та жидкость, которая прошла через радиочастотное поле катушки 5, минует радиочастотное поле катушки 7. В результате, пройдя обе кат шки, вся жидкость имеет отрица тельну1о ядерную намагниченность М,, поэтому»а выходе схемы 4 оказывается отрицательный сигнал амплит дой А=А,.

Если на расстоянии происходит полное перемешивание жидкости, то в сечение, где расположена катушка 7, поступает смесь равных количеств жидкости с положительной и отрицательной ядерной намагниченностью.

Такая жидкость имеет нулевую ядерную намагниченность, поэтому поле катушки 7 на нее не действует, в результате на выходе схемы 4 амплитуда сигнала А=О.

Если на расстоянии 1 перемешивается К-я доля жидкости, через радиочастотное поле катушки 7 протекает 1 — к часть несмешанной жидкости (имеющей положительную максимальную ядерную намагниченность, а К-я часть жидкости имеет нулевую намагниченность (так как она смешана с жидкостью, прошедшей радиочастотное поле катушки 5).

Таким образом, средняя ядерная намагниченность этой жидкости положительна и равна 1 — к максимальной. В результате действия радиочастотного поля катушки 7 эта намагниченность инвертируется и становится отрицательной равной (1 — к) М,. В струе, прошедшей через вторую половину сечения, где расположена катушка 7, намагниченность отрицательна в результате предшествовавшего действия радиочастотного поля катушки 5, причем 9 1 — к части этой жидкости абсолютная величина намагниченности равна Мо, так как эта жидкость не смешивалась с жидкостью из второй половины сечения трубопровода, а у к-й доли этой жидкости намагниченность равна нулю, так как эта жидкость на расстоянии l перемешалась с жидкостью из другой половины сечения трубопровода. В результате намагниченность в этой половине сечения также отрицательная и равна (1 — к)М,. Таким образом, в катушку регистрации сигнала ЯМР втекает жидко"ть с отрицательной равной (1 — к)М, намагниченно5

З0

55 стью, поэтому амплитуда сигнала ЯМР Л=

= (1 — к) Ао.

Таким образом, предлагаемый способ исследования турбулентной диффузии состоит в измерении амплитуды сигнала А при разных расстояниях i ме>кду участками трубопровода, в которых происходит инверсия ядерной намагниченности жидкости, протекающей через половину сечения. Уменьшение А в два раза соответствует расстоянию l, на котором перемешивается половина жидкости.

Перемещение участков, в которых производится инверсия намагниченности жидкости, (изменение 1) можно осуществлять не только путем перемещения катушек 5 и 7, но и путем изменения частоты переменного поля в катушках (фиг. 2).

В этом устройстве радиочастотные поля катушек 5 и 7 действуют каждое в своей половине сечения струи, катушки не имеют взаимного смещения вдоль оси трубопровода, внешнее магнитное поле имеет градиент (grad Н). направленный вдоль оси трубопровода, катушки 5 и 7 подключены к разным генераторам радиочастоты (6 и 8).

Если частоты f генераторов 6 и 8 одинаковы, то инверсия ядерной намагниченности происходит в обеих катушках (в обеих половинах сечения струи) при одинаковой напря>кенпости внешнего магнитного поля Н=

= — (у — коэффициент пропорциональности), 1 т. е. в одном участке струи.

Если же частоты в катушках различаются на некоторую величину Af, то инверсия ядерной намагниченности происходит в одной катушке при меньшей, а в другой при большей напряженности поля, т. е. в участках, отстоЛ/ ящих на расстояние l= один от

1grad H другого. Следовательно, с увеличением Af расстояние l увеличивается, приводя к уменьшению амплитуды сигнала А.

Предлагаемый способ исследования турбулентной диффузии на этой установке сводится к получению зависимости амплитуды сигнала А от разности частот f. Величина f, при которой амплитуда А в два раза меньше

А„соответствует расстоянию, на котором происходит перемешивание половины жидкости. Измерив это расстояние, можно определить коэффициент поперечной турбулентной диффузии позволяет повышать качество конструирования перемешивающих устройств.

Формула изобретения

1. Способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе, заключающийся в поляризации жидкости магнитным полем, воздействии на нее радиочастотным полем и регистрации сигнала ЯМР, отличающийся тем, что, с целью исследования поперечной турбулентной диффузии, осуществляют воздеиствие различными радио600449

Риз 2

Составитель В. Назарова

Редактор А. Осочников Техред Л. Гладкова 1(оррскторы: Л, Брахнина и Е. Хмелева

Подписное

Заказ 267 4 Изд. № 334 Тираж 1122

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 частотными полями на неперекрывающихся у lacTKBx сечения трубопровода, разнесенных друг относительно друга по направлению потока.

2. С|особ по п. 1, отл и ч а ю щий с я тем, что, с целью проведения исследования поперечной турбулентной диффузии при наличии однородного внешнего магнитного поля, расстояние между участкамн задают путем перемещения радиочастотных катушек.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 128669, кл. G 01Р 5/20. 1959.