Тепло и массообмен в пограничных слоях - Патанкар С.
Скачать (прямая ссылка):
Кривая, как это показано в работе ![Л. 132], действительно линейна. Отклонения от линейной зависимости имеют место при отношениях высоты пиков кислорода, меньших 0,3.
В наших опытах во всех случаях концентрации не выходили из пределов линейной зависимости.
Метод отбора проб. Как оказалось, правильный отбор проб из массообменной камеры не составляет каких-либо затруднений. Однородность концентрационного поля во всем объеме камеры подтвердилась отборами и анализом проб из различных точек ее пространства. Влияние интенсивности засасывания контрольного объема смеси на точность измерений поэтому было незначительным.
Измерение профилей концентрации связано с большими трудностями. Решающая роль принадлежит измерениям концентрации у стенки, поскольку знание этой величины позволяет определить диффузионную составляющую полного потока массы у обтекаемой поверхности. Использование заборных трубок, вмонтированных в пористую пластину открытым концом заподлицо с ее наружной поверхностью, нежелательно. Кроме чисто конструктивных трудностей, основное возражение состоит в том, что на величине измеренной таким способом концентрации будут сильно сказываться присутствие заборной трубки и скорость всасывания пробы в направлении, противоположном массопере-носу через стенку (вдув).
Другой подход состоит в замере концентрации в пристеночной области с последующей экстраполяцией полученного профиля на стенку. Для этой цели в принципе пригодны трубки Пито, аналогичные применяемым для измерений скорости. Пробы могут быть отобраны в сосуды с помощью вакуумного насоса, как это сделали в своих опытах Николл и Уайтло [Л. 70] при измерениях концентраций внутри проницаемой стенки. Скорость всасывания должна быть при этом настолько незначительной, чтобы не нарушалась структура потока в области малых скоростей вблизи стенки.
Это требование усиливается при использовании микротрубок малых размеров для измерения в непосредственной близости стенки. В этом случае микротрубка не только находится в области весьма малых скоростей, но и создает также более сильные возмущения скорости при той же объемной скорости всасывания.
Простой расчет показывает, что время заполнения соединительных трубок пробоотборного сосуда и последующего накопления пробы при весьма малой скорости всасывания оказывается недопустимо большим. Кроме того, возникают трудности в поддержании постоянства объемного расхода в течение столь большого периода времени.
Поэтому было решено отбирать нужный объем 1 мл смеси непосредственно через микротрубку, освободившись от пробоотборного сосуда и соединительных трубок. Тогда пробоотборником служит короткая микротрубка из нержавеющей стали, закрытая с одного конца толстой резиновой диафрагмой. Другой, открытый конец трубки помещается в пристенную струю навстречу потоку. Эту заборную трубку можно закрепить
на том же координатпике, что и микротрубку для измерения скорости. Смесь засасывалась с помощью газоуплотнепного шприца после прокалывания сто иглой резиновой диафрагмы. При этом время заполнения системы определялось лишь емкостью короткого отрезка заборной трубки, объем которого много меньше емкости шприца.
Для фиксации заборной трубки и рук экспериментатора применялись специальные подставки и упоры, исключающие смещения заборной трубки в процессе измерений.
Влияние скорости, засасывания пробы. Таким образом, описанное выше устройство позволило практически реализовать допустимые скорости всасывания, отвечающие требованиям опытов. Тем не менее это не устраняет необходимости в установлении оптимальной величины допустимой скорости всасывания. Интенсивность всасывания можно ¦ьчепять регулировкой скорости перемещения плунжера в шприце. Нужны определенные практические навыки для равномерного передвижения плунжера. Этот навык тем не мепее приобрести не столь уж трудно. Влияние интенсивности всасывания исследовалось путем отбора проб (при различных скоростях движения плунжера) и хроматографического анализа. Время прохождения плунжером длины шприца принималось за меру скорости перемещения плунжера. Рисунок ПП2-1 иллюстрирует влияние скорости засасывания пробы на измеренную концентрацию для трех заборных трубок с различными размерами приемных отверстий. По оси ординат отложены отношения высот хроматографических пиков гелия и кислорода, а на оси абсцисс — время наполнения шприца емкостью 1 мл. Видно, что с уменьшением скорости всасывания (возрастанием времени заполнения шприца) измерение концентрации гелия сначала увеличивается и в дальнейшем остаются неизменными при всех малых скоростях всасывания. Для заборных трубок самых малых размеров этот эффект по вполне понятным причинам выражен более отчетливо. Для двух заборных трубок большего размера скорость всасывания не влияет на измерения концентрации до тех пор, пока время заполнения шприца не превышает 5 сек. В данном случае 5—10 сек — наиболее удобная и приемлемая с физической точки зрения продолжительность всасывания пробы. На рис. ПП2-1 представлены результаты одного типичного опыта. Такие же измерения были проведены в нескольких сечениях вдоль пластины при различных интенсивностях массопереноса. Все они подтверждают справедливость приведенного выше утверждения. Воспроизводимость результатов также была удовлетворительной (расхождения меньше 2%).
