Способ определения параметров воздушного потока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Опубликовано 230981. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 230981

Р11М. Кл.

G 01 P 5/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 532.574 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. М. Володин и Б. М. Гафаров

L» (73) Заявитель (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ IIAPANETPOB

ВОЗДУШ НОГО ПОТОКА

$0 1

5 t S Т

6(- „) Изобретение относится к области измерения параметров движения и может быть использовано при исследованиях воздушных потоков.

Известен способ определения параметров воздушного потока, основанный на измерении времени пролета заданного мерного участка между разрядниками и приемником датчика трассирующими частицами, например ионами, образованными в результате кратковременного коронного разряда (1 ).

Этот способ позволяет определять пульсационные скорости, период изменения которых соизмерим с временем перемещения ионов на мерном участке.

Так как определение скорости этим способом производится непосредственно по пути и времени, а не по косвен- 20 ным величинам, отпадает необходимость в тарировке прибора, повышается надежность и точность самого процесса измерения.

Однако этот способ не позволяет 25 определить интенсивность турбулентной диффузии, которая при определенных условиях существенно влияет на точность измерения направленной скорости.

Известен также способ определения параметров воздушного потока, заключающийся в создании в потоке ионной метки путем кратковременного электрического разряда, измерении времени пролета этой меткой от источника разряда двух указанных мерных участков разной длины по максимуму сигнала на двух приемниках и определении по этому времени искомых параметров L23.

Этот способ не обеспечивает достаточную точность определения скорости нестационарного турбулентного потока и не позволяет определить коэффициент турбулентной диффузии.

Цель изобретения — определение коэффициента турбулентной диффузии и повышение точности определения нестационарного турбулентного потока.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют время пролета меткой более чем двух мерных участков разной длины, по этим данным находят времяпролетную функцию и по двум ее значениям tq и t определяют исковые параметры

8бб480

Ч л 1

t„77 Л или

s 6o

V — 1- — г

V — скорость потока;

5 и S — выбранные расстояния от

Л разрядника; и t — время между моментом раз2 ряда и максимумами сигналов на расстояниях 5 .и S от разрядника.

На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 — схема размещения разрядника и S приемника в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания °

В камере 1 размещены приемники

2 и 3 и разрядник 4 датчика 5 устройства. Приемники 2 и 3, представляю- 2О щие собой защищенные экраниэирующими трубками проводники с оголенными концами, соединены с осциллографом 8.

Разрядник 4 подключен к высоковольтному импульсному генератору 7, соеди-25 ненному с приводимым от коленчатого вала прерывателем б. Высоковольтный импульсный генератор 7 создает кратковременный коронный разряд между электродами 4 в задаваемый с помощью прерывателя б момент времени. Продолжительность разряда обычно не превышает О, 1 мс, что существенно меньше времени пролета ионов от разрядника д 1 первого приемника. Переносимые потоком воздуха ионы попадают иа приемники 2 и 3, создавая разность потенциалов на входных сопротивле- . ниях осциллографа В. Первый кратковременный "всплеск" луча возникает в результате воздействия на приемни- QQ ки 2 и 3 электрического поля, возникающего при подводе напряжения к разряднику. Второй и третий "всплески" возникают в результате стока заряда ионов, через приемники 2 и 3.

Средняя скорость потока на участке между разрядником и приемником рассчитывается, как частное от деления расстояния между ними на время между соответствующими максимумами тока через приемник. Однако такая методика определения скорости потока сопряжена с некоторой ошибкой, связанной с.диффуэией ионов.

Процесс,диффузии описывается уравнением

0 r ) - - - -щ - . - Š—

- местная плотность диффунди" рующих частиц.„ общее количество диффундирующих частиц, введенных в объем в момент времени

t=O, в точке объема с коор динатом r=0;

0 — коэффициент диффузии;

r — расстояние от центра диффундирующего объема.

Описываемая уравнением зависимость ииеет вид гауссовой функции ошибок.

Распределение диффундирующих частиц в объеме симметрично относительно центра их образования. В рассматриваемом случае диффундирующими частицами являются ионы, плотность которых в какой-либо точке зависит от расстояния до центра ионного облачка и от времени, прошедшего с момента ионизации. Проходящее через приемник ионное облачко симметрично относительно своего центра, однако оно создает на приемнике ток, протекание которого по времени несимметрично относительно максимума, причем сам макси мум тока не совпадает по времени с моментом прохождения центра облачка через приемник. Это явление объясняется диффузией ионов и используется в предполагаемом изобретении для определения ее интенсивности. Связь между временем г перемещения центра ионного облачка от разрядника до приемника и временем г „от момента ионизации до момента регистрации максимума сигнала на приемнике выражается формулой где O — коэффициент диффузии „.

S †. расстояние от разрядника до приемника (база датчика), Для определения скорости переноса ионного облачка, равной скорости потока, необходимо знать действительное время перемещения его центра на расстояние от разрядника до приемника.

Время г меньше времени tm" на велйчину, зависящую от интенсйвности диффузии и базы датчика. Опережение максимума тока на приемнике относительно момента прохождения центра ион.ного облачка используется в данном изобретении как для определения коэффициента диффузии, так и для уточненного определения скорости направленного движения. Так как это урав, нение связывает две неизвестные перемеиные, необходимо для их определения иметь систему из двух уравнений .

С этой целью устройство должно быть оборудовано, по меньшей мере, приемниками, При использовании двух приемников коэффициент диффузии может быть определен по уравнению где 8 и 8 — расстояния от раэЛ 2 рядника до первого и второго приемника;

8бб480

t и г — время между моментом ионизации и регистрацией максимумов тока на первом и втором мерных участках.

Так как обычно в потоке имеют место турбулентные вихри различных размеров, и в том числе соизмеримые с базой датчика, необходимо произвести несколько измерений, определяя средние значения времени t< и t< и по ним затем рассчитывать коэффициент турбулентной диффузии.

Эффективность использования способа,определения параметров воздушного потока заключается в экономии времени и материальных ресурсов на стадии доводки рабочего процесса вновь разрабатываемого или модернизируемого ДВС.

Впервые представляется возможность оценить интенсивность турбулентного 2О перемешивания в камере сгорания ДВС и тем самим исключить длительные испытания вариантов его впускных каналов и камер сгорания.

Этот способ может быть распространен на другие газовые потоки и использован в различных областях машиностроения, химической промпаленности, энергетики навигации и т.п. где необходимо измерять скорости направленных турбулентных потоков и интен- 30 сивность происходящих в них процессов диффузии.

Формула изобретения

Способ определения параметров воздушного потока, заключающийся в создании s потоке ионной метки путем кратковременного электрического раз- 4О ряда, измерения времени пролета этой меткой от источника разряда двух заданных участков равной длины по максимуму, сигнала на двух приемниках и оиределении по этому времени

1 искомых параметров, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения коэффициента турбулентной диффузии и повышения точности определения скорости нестационарного турбулентного пдтока, измеряют время пролета меткой более чем двухмерных участков разной длины, по этим данным находят времяпролетную функцию и по двум ее значениям t u

t определяют искоьые параметы

2 гА

-Sa+z

6 (tz-t„)

V = — 1Я (60 или Ц 4

V — М(1Sz (60 х где 0 — коэффициент турбулентA ной диффузии;

V — скорость потока;

5 и S — выбранныерасстояния от разрядника;

t и г — время между моментом

4 разряда и максимумами сигналов на расстояниях

S è S > от разрядника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Патент CtaA Р 261983б, кл. 73-194, 1952.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2438572/18-10, кл. С 01 Р 5/18, 1977.

Só, Фиа Z

Составнтель В. Назарова

Ждактор В. Еремеева Техред A.Áàáèíeè Корректор В.Синицкая

Заказ 8067/67 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4