Патанкар С.В., Сполдинг Д.Б. - Тепло- и массообмен в пограничных слоях (1062125), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Для измеренвя профиля скорости использовалась гребенка из пяти микротрубок полво- 111 го напора. У ближерасиоложенной к стенке микротрубки " !сота плоского носика была 0,584 мзй за ией расположена круглая микротрубка с;шаметроч приех!пото отверстия 0,762 жм, остальные трв круглых насадка имели диаметр приемного отверсю!я, разный !.27 мш Расстояние мсжду соседними мнкротрубками составляло приблизительно 5 ми, Греба!ка х~икротрубок перемешалась з потоке с помощью специального устройгтва с микрометром, позволяющим определять ес пространственное положение. Момент касания иикротрубки со стенкой фиксгэруется обычным электрическим коптзкточ.
Полный напор каждого насадка гребенки измерялся батарейных! э!ало ветром, заполненных~ парчфином. Прч измерениях профиля скорошн з щели применялся зсртнкальныи Б-образный!манометр. П!1-2-3. Измерение концентрации В опытах производились измерения копнеитраиий двоякого рода: определялись содержание гелия в мзссообмеиной камере н профиль конпевтрапии в пристенной струе. Для этих целей использовался метод отоора пробы гелиевоздушной смеси в соответстоэющей точке с ~последукпзгих! анализом па газовом хроматографе.
Метод отбора проб таким образом, является важной составной частью методики опытов. Ниже мы познзкошгпся с деталячи этого метода более обстоятельно. ,.гни.шз огооранной пробы. Производился газовым хроматографом мархи Шандон КО-2 с двухметрозои раздели~ел~ной колонной с иасадком нз молекулярных сг!з Линде для сы!зрадин газов, проходящих через теплопроводящую ячейку.
Подклнд!енный ь ией сзмописеи вычерчивает кривыс, иа которых нмсготся пики. Высота пиков соответ. с!вует содержанию данной компоненты в смеси. В качестве газа-носителя использовался азот, поэтому два значи!альных пика на хроматографической кривой принадлежзлн гелию и кислороду. Температура колонны поддерживалась на уровне примерно 60' С. Анализ отобранной порции смеси объемом ! .ил никогда ие отнимал больше 3 жим.
Она подавалась в хроматограф под давлением с помощью газового шприца емкостью ! мл, Высота пика гелия при неизменном обьеме пробы характеризует конпентраш!ю гелия. Все же, чтобы исключить возможное непостоянство объема отобранной пробы, зз меру конпентрзшш принимается отношение высоты пиков гелия я кислорода. Для птропордиональвости этого отношения массовой коннентрации (доле) гелия необходима сгрогзя линейность калибровочной кривой газового хроматографа. Кривая, как это показано в работе 1Л.
!321, действительно линейна. Отклонения от линейной зависимости имеют место при отношениях высоты пикон кислорода, меньших 0,3. В на!пнх опытах во всех случаях концентрации не выходили из пределов линейной зависиэ!ости. 34етод отбора проб. Как оказалось, правильный отбор проб пз мзссообменной камеры не составляет каких-либо затруднений. Однородность кониентрзниониого поля во вс м объеме камеры подтвсрдилась отборами з аналнзом проб пз различньгх точек ее пространства.
Влияние интенсивности засасывая~я контрольного объема смеси на точность измерений поэтому было незначительным. Измерение профилей кандентрашги связано с большими трудностями. Решающая роль принадаежнт измерениям концентрации у стенки, поскольку знание этой величины позволяет определить диффузвонную составляющую полного потока массы у обтекаемой поверхностн. Использование заборных трубок, нмонтированных в пористую пластину открытым концом заподлнно с ее наружной поверхностью, нежелательно. Кроме чисто конструктивных трудностей, основнос возражение состоит в том, что на величине измеренной таким способом концентрадии будут сильно сказываться присутствие заборяой трзбни и скорость всзсывания пробы в напрзв.!енин, противоположном массопереносу через стенку (вдув). Друтой подход состоит в замере коннситраппн в пристеиочной области с последующей экстраполяцией полученного профиля на стенку.
Для этой пели в принципе пригодны трубки Пито, аналогичные применяемым для измерении скорости. Пробы могут быть отобраны в сосуды с помощью вакуумного насоса, как это сделали в своих опытах Николл и Уайтло 1Л. 701 при измерениях концентраций внутри пронидаемой стенки. Скорость всасывания должна быть при этом настолько незначительной, чтобы нс нзручпалась структура потока в области малых скоростей вблизи стенки. Э!о требованве усиливается при использовании мнкротрубок малых размеров для измерения в непосредственной близости стенки.
В этом случае микротрубка ие только находится в области весьма малых скоростей, ио и создаст так!ко более сильные возмхщеиия скорости прн той же объемной скорости всасываняя Простой расчет показывает, что время заполнения соедшппельных трубок пробо. отборного сосуда и последующего накопления пробы при весьма малой скорости вса. сываиия оказывается недопустимо большим. Кроме того, возникзют трудности в поддержаннв постоянства объемного расхода в течение столь болыпого периода времени.
Поэтому было решено отбирать нужный объем ! мл смеси непосредственно герез мнкротрубку, освободившись от пробоотборвого сосуда и соединнтелькых трубок. Тогда пробоотборником служит короткая микротрубка из нержавеющей стали, закрытая с одного ковда толстой резиновой диафрагмой. Другой открытый конек трубки помо. щается в пристенную струю навстречу потоху.
Эту ззборнхю трубку можно закрепить П2 зэ том жс, ооп ппютшжс, что и чшгротрубку для пзмсчеппя скорости. Смесь засасыва,шгь с поносного гззоуплотнспно~о шприца погас про| зчывпнпя его иглой резиновой и'зфрагмы Прп этом время заполнения системы опрс,ш ппось лишь емкосчью короткого отрезка заборной трубки, объем кочорого много меньше «якости шарипа. Для фикс ° ции заборной трубки н рук экспериментатора приценялась специальные потглавкн и ) поры, исключающие смещсняя заборной трубки в процессе измерений. Влиямщ скорости засасывания пробьк Такам образом, описанное выше устройство ,юззолпло практически реализовать допустимые скорости всзсыэання, отвечающие требозюпшм опьюоа.
Тем ие менее это пе устраняет необходимости в устаповл нии оптимально!; велич;пы допустимой скорости эсасызания. Интенсивность зсасывзння можно пепячь рег)лировкой скорости перемещения плувжера в шприце. Нужны определенные практические навыки для равномерного персдввжения плувжера. Этот навык тем менее приобрести не столь уж трудно. Влияние ннтспсинности всасывзппя исследовалось путем отбора проб (при разлвчных скорое~ах движения плунжера) и хроматогрзфнческого анализа. Время прохождения нлунжером данны шприца принималось за меру скорости перемещения плунжера. Рисунок ПН2-1 иллюстрирует влияние скорости и сасывания пробы на измеренную концентрацию для трех заборных трубок с разлнчпымн размерами приемных отверстий.
По оси ординат отложены отношения высот хроматографических инков гелия и кислорода, а яа оси абсцисс — время наполнения шприца емкостью 1 мл. Видно, что с уменьшением скорости асасыпания (возрастанием времени заполнения шприца) измерение концентрация гелия сначз.ча увели гпвается и з дальнейшем остаются неизменпымп при всех малых скоростях всасыванця. Для за;юрных трубок самых малых размеров этот эффект по вполне понзтным при шпам выражен более отчетливо. Для двух заборных трубок большего размера скорость всасывания но злняст на измерения концентрации до тех пор, пока время заполнения шприца нс превышает 5 сек. В данном слу ~зе 5 — 10 сек — иапболее удобная и приемлемая с физической точка зрения продолжительность всасыоания пробы.
На рнг. ПН2-1 представлены результаты одного типичного опыта. Такие же намерения бьщп проведены в нескольких сечениях вдоль пластнны при различных интенсивностях массопереноса. Вес онп подтверждают справедливость приведенного выше утверждения. Воспронзволнмость результатов также была удовлетворительной (расхожденяя меньше 2'га). Влиямяг размера трубки Для выявления влияния размеров насадка были изготовлены три геометрически подобяые плоские заборные трубки. Высота устья прямоугольного приемного отверстия составляла для каждой нз них соответственно О,1; 0 075 и 0,05 мм. Измерения концентраций проводились в и !вяткиных условиях при .ъ зпни трубки со степкой.
Результаты приведены на рис. П!!2-1. Заслуживает быть отмеченной близость асимптотических значений измеренных кончсптранин для всех трех зондов. Фактически различия между ними меньше погрешно- ги хроматографа. Сходные результаты дали измерения концентраций в нескольких се~сяиях пластины при различных интенсивностях поперечного потока выдуваемой масо око "о ко Нкхззб о м Ь и о Ь м П,5 ч р гу гВВ Время для забора !мл образка,сея Рис. П11-2.!. Влияняе скорости забора порции и размероа приемного отверстия насадка на изме- ренные ионцентрации. Вьюота устоя ааааа а люамах; Н вЂ” 0,004; ° — О,СОЗ: .'г — 0.002.
сы. Нз этом основании был сделан тот вывод, что содержание гелия, полученное с помощью пробоотборной трубки, касающейся стенки, может быть принято за величину концентрации на стенке. Во всех последующих измерениях (как на стенке, так и в пограничном слое) яспользовался зонд-пробоотборник с высотой приемного отверстия 0,075 мм 5 — ! 496 ПП-2-4.
Измерение расхода Суммарный расход вторичного воздуха н его секундное количество. подводнмос отдельно в яидивидуальную массообменную камеру, сообщающуюся с псстедуемоп по. ристой пластиной, измерялись диафрагмами, изготовленными в соответствии с текли ческимн требованаямн Британских стандартных условии (Л. 1Ц. Не было пеобходсмостп в спецяальных измерениях расхо га гелия, поскольку его нетрудна вычислить по измерениям концентрации гелия в массообмснной камере н расходу воздуха. Все жс лл~ контрольных измерении расхода гелия применялся ротаметр, с помощью которого ш. тем обеспечивалось по держание постоянстна расхода в процессе отбора проб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
