Доплерометрическое измерение поля скоростей в потоке жидкости.

Цель работы: знакомство с ультразвуковыми методами сквозного измерения динамики поля скоростей в потоке жидкости.

Оборудование и приборы:

1. ЭВМ.

2. Ультразвуковой доплеровский измеритель скорости DOP3000.

3. Система датчиков.

4. Циркуляционный насос.

5. Лабораторная стенд - система сообщающихся сосудов.

6. Гель для ультразвуковых исследований.

Краткие теоретические сведения

Одной из основных трудностей при исследовании магнитогидродинамических процессов в электротехнологическом оборудовании является измерений скоростей в жидком металле. В основном это вызвано его оптической непрозрачностью, высокими температурами и химической агрессивностью расплавов. Это полностью исключает лазерные методы измерения скоростей, а также ограничивает применение контактных методов. В настоящее время, одним из наиболее перспективных способов является применение доплерометрии. Широкое применение доплерометрия получила в медицине, а именно в диагностики состояния кровеносных сосудов.

В основе доплерометрических измерений скорости лежит применение сочетания эффекта Доплера и метода эхолокации. Дискретное излучение и прием пьезоэлементом акустических пучков при известной скорости звука в среде позволяет измерять расстояние до растворенных в жидкости частиц и неоднородностей. В свою очередь, движение частиц движущихся под углом отличным от 90° неизбежно изменяет частоту колебаний в акустическом пучке (эффект Доплера) и может быть рассчитана скорость. Непрерывный анализ поступающих в зонд данных позволяет восстановить профиль касательной составляющей компоненты скорости по оси акустического луча.

Для технических нужд компанией SignalProcessing разработана специальная система измерений и автоматической обработки данных DOP* (рисунок 2.1). применяемая в лабораторных и промышленных условиях.

Рисунок 2.1 – Ультразвуковой доплеровский измеритель скорости DOP4000 и система датчиков.

Устройство и принцип работы модели. Для знакомства с прибором и его калибровки создан лабораторный стенд (рисунок 2.2). Лабораторный стенд представляет собой два сосуда соединенных открытым каналом прямоугольного сечения. Поток жидкости создается циркуляционным насосом. В качестве моделирующей жидкости применяется вода. Вода может быть заменена на эвтектический сплав, однако при этом сокращается срок службы насоса, металлических узлов системы и происходит загрязнение и окисление сплава.

Рисунок 2.2 – Лабораторный стенд и расчетное поле скоростей.

Подготовка к работе

1. Записать с параметры и режимы работы циркуляционного насоса. Измерить геометрические размеры соединительно канала. Измерить диаметр входного и выходного отверстия в стенде.

2. Ознакомиться с работой системы доплеровских измерений, проконсультировавшись с лаборантом или преподавателем.

3. Подготовить лабораторный стенд и зонд к выполнению измерений. Проверить стенда во всех режимах работы насоса на перелив за пределы стенда. Соединительные провода зонда должны быть без заломов и свободно перемещаться в зоне стенда.

4. Стенд должен быть заполнен водой без видимых газовых включений, как на стенках, так и в объеме жидкости. Также во время измерений необходимо следить за отсутствием образования газового пузырька на торце зонда. В противном случае измерения будут искажены или будут полностью отсутствовать. Уровень воды в канале 50-60 мм.

5. Подготовку и настройку измерительной системы осуществляет преподаватель.

6.