[go: up one dir, main page]

RU235034U1 - Device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe using the hydrogen bubble method - Google Patents

Device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe using the hydrogen bubble method Download PDF

Info

Publication number
RU235034U1
RU235034U1 RU2024138656U RU2024138656U RU235034U1 RU 235034 U1 RU235034 U1 RU 235034U1 RU 2024138656 U RU2024138656 U RU 2024138656U RU 2024138656 U RU2024138656 U RU 2024138656U RU 235034 U1 RU235034 U1 RU 235034U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
visualization
flows
tracer
hydrodynamic pipe
hydrodynamic
Prior art date
Application number
RU2024138656U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Живаев
Владимир Евгеньевич Мошаров
Дмитрий Сергеевич Чернышёв
Николай Михайлович Колушов
Артём Хашимович Бутенин
Original Assignee
Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") filed Critical Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ")
Application granted granted Critical
Publication of RU235034U1 publication Critical patent/RU235034U1/en

Links

Abstract

Предложено устройство для трассерной визуализации течений в гидродинамической трубе. Устройство является одним из двух электродов, участвующих в процессе электролиза. Устройство представляет собой прямоугольную рамку, установленную перед рабочей частью гидродинамической трубы, внутри которой горизонтально и вертикально, перпендикулярно друг другу натянуты струны из металлической проволоки, каждая из которых выполнена с возможностью подключения к механизму управления переключением плоскости визуализации, представляющему собой электронный блок управления, при этом струны расположены так, что они не соприкасаются друг с другом, а внутренняя поверхность рамки выполнена заподлицо с сопрягаемыми частями внутренней поверхности стенок гидродинамической трубы. A device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe is proposed. The device is one of two electrodes participating in the electrolysis process. The device is a rectangular frame installed in front of the working part of the hydrodynamic pipe, inside which metal wire strings are stretched horizontally and vertically, perpendicular to each other, each of which is made with the possibility of connecting to a visualization plane switching control mechanism, which is an electronic control unit, while the strings are located so that they do not touch each other, and the inner surface of the frame is made flush with the mating parts of the inner surface of the walls of the hydrodynamic pipe.

Description

Полезная модель относится к области гидродинамики и предназначена для использования в гидродинамических трубах при экспериментальных исследованиях процессов обтекания объектов различных геометрических форм, в том числе для решения прикладных задач, связанных с оптимизацией формы летательных, наземных и подводных аппаратов с целью улучшения их эксплуатационных характеристик, а также при выполнении лабораторных работ при очном или дистанционном обучении основам экспериментальной гидродинамики на курсах дополнительного профессионального образования.The utility model relates to the field of hydrodynamics and is intended for use in hydrodynamic pipes in experimental studies of the processes of flow around objects of various geometric shapes, including for solving applied problems related to the optimization of the shape of aircraft, land and underwater vehicles in order to improve their operational characteristics, as well as when performing laboratory work during full-time or distance learning of the basics of experimental hydrodynamics in courses of additional professional education.

Существует несколько способов визуализации течений в гидродинамических трубах (ГДТ): 1) внесение в поток струек подкрашенной жидкости из специальной гребенки; 2) внесение в поток твердых микрочастиц. There are several ways to visualize flows in hydrodynamic pipes (HDP): 1) introducing streams of colored liquid from a special comb into the flow; 2) introducing solid microparticles into the flow.

Оба эти способа малопригодны для использования в ГДТ с замкнутым контуром, т.к. загрязняют циркулирующую жидкость, что приводит к необходимости ее частой замены или фильтрации.Both of these methods are not very suitable for use in closed-loop gas turbines, as they contaminate the circulating fluid, which leads to the need for its frequent replacement or filtration.

Еще одним способом трассерной визуализации течений является метод визуализации с помощью пузырьков водорода (ПВ), которые образуются при электролизе воды на катоде. Один электрод (катод) устанавливается перед рабочей частью (РЧ), второй электрод (анод) устанавливается за РЧ. При подключении электродов к источнику постоянного тока запускается процесс электролиза и с катода, подхваченная потоком жидкости, сходит пелена из пузырьков водорода.Another method of tracer visualization of flows is the method of visualization using hydrogen bubbles (HB), which are formed during the electrolysis of water on the cathode. One electrode (cathode) is installed in front of the working part (WF), the second electrode (anode) is installed behind the WF. When the electrodes are connected to a DC source, the electrolysis process is started and a veil of hydrogen bubbles comes off the cathode, caught by the liquid flow.

При идеальном ламинарном течении в РЧ эта пелена выглядит как плоский лист, но при обтекании исследуемого объекта (модели) линии тока искажаются, соответственно меняется картина течения, которая наглядно визуализируется с помощью данной технологии.With an ideal laminar flow in the RF, this veil looks like a flat sheet, but when flowing around the object (model) under study, the current lines are distorted, and the flow pattern changes accordingly, which is clearly visualized using this technology.

За аналог приняты генераторы пузырьков, опубликованные в Hydrogen Bubble Visualization Chapter January 2012 (https://www.researchgate.net/publication/303784988 Дата обращения: 01.11.2024). Эти генераторы представляют собой конструкцию, состоящую из двух элементов: П-образной державки и закрепленного на ней электрода, на котором пузырьки генерируются и, подхваченные потоком, формируют пузырьковую плоскость. В зависимости от того, как предполагается расположить электрод – в вертикальной или горизонтальной плоскости, их конструкция несколько отличается. Недостатком таких генераторов является то, что державки, находясь в потоке, сильно его возмущают, а для изменения координаты плоскости генерации пузырьков необходима ручная перестановка державки или ее замена.The bubble generators published in Hydrogen Bubble Visualization Chapter January 2012 (https://www.researchgate.net/publication/303784988 Access date: 01.11.2024) are taken as an analogue. These generators are a structure consisting of two elements: a U-shaped holder and an electrode fixed to it, on which bubbles are generated and, picked up by the flow, form a bubble plane. Depending on how it is supposed to position the electrode - in a vertical or horizontal plane, their design is slightly different. The disadvantage of such generators is that the holders, being in the flow, strongly disturb it, and to change the coordinate of the bubble generation plane, it is necessary to manually rearrange the holder or replace it.

Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для трассерной визуализации течений в гидродинамической трубе методом водородных пузырьков, координата плоскости генерации пузырьков в котором изменяется оператором с его автоматизированного рабочего места в автоматическом режиме, а конструкция державки исключает возмущение потока.The objective of this utility model is to create a device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe using the hydrogen bubble method, in which the coordinate of the bubble generation plane is changed by the operator from his automated workstation in automatic mode, and the design of the holder eliminates flow disturbance.

Техническим результатом настоящей полезной модели является существенное сокращение времени на изменение координаты плоскости генерации пузырьков и однозначность ее позиционирования как в процессе одного пуска, так и от пуска к пуску.The technical result of the present utility model is a significant reduction in the time for changing the coordinate of the bubble generation plane and the uniqueness of its positioning both during one launch and from launch to launch.

Технический результат достигается признаками устройства для трассерной визуализации течений в гидродинамической трубе, которое является одним из двух электродов, участвующих в процессе электролиза. Устройство представляет собой прямоугольную рамку, установленную перед рабочей частью гидродинамической трубы, внутри которой горизонтально и вертикально, перпендикулярно друг другу натянуты струны из металлической проволоки, каждая из которых выполнена с возможностью подключения к механизму управления переключением координаты плоскостей визуализации, представляющему собой электронный блок управления, при этом струны натянуты так, что они не соприкасаются друг с другом, а внутренняя поверхность рамки выполнена заподлицо с сопрягаемыми частями внутренней поверхности стенок гидродинамической трубы.The technical result is achieved by the features of a device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe, which is one of two electrodes participating in the electrolysis process. The device is a rectangular frame installed in front of the working part of the hydrodynamic pipe, inside which metal wire strings are stretched horizontally and vertically, perpendicular to each other, each of which is made with the possibility of connecting to a control mechanism for switching the coordinate of the visualization planes, which is an electronic control unit, while the strings are stretched so that they do not touch each other, and the inner surface of the frame is made flush with the mating parts of the inner surface of the walls of the hydrodynamic pipe.

Предлагаемое устройство иллюстрируется следующими фигурами:The proposed device is illustrated by the following figures:

фиг. 1 – схема устройства для трассерной визуализации течений в гидродинамической трубе;Fig. 1 – diagram of a device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe;

фиг. 2 – схема рабочей части гидродинамической трубы.Fig. 2 – diagram of the working part of the hydrodynamic pipe.

Устройство представляет собой прямоугольную рамку (фиг.1), установленную перед рабочей частью гидродинамической трубы (фиг.2, поз.7), внутри которой горизонтально (фиг.1, поз.4) и вертикально (фиг.1, поз.3), перпендикулярно друг другу натянуты струны из металлической проволоки, каждая из которых выполнена с возможностью электрического присоединения с помощью кабеля (фиг.1, поз.5) к электронному блоку управления (на фигурах условно не показан) переключением координат плоскости визуализации, при этом струны натянуты так, что они не соприкасаются друг с другом. Таким образом, каждая струна, подключенная в данный момент, выполняет роль электрода, с которого сходит пелена пузырьков, которая задает координату плоскости визуализации. А внутренняя поверхность рамки (фиг.1, поз.2) выполнена заподлицо с сопрягаемыми частями внутренней поверхности стенок гидродинамической трубы (фиг.2, поз.6). Такая конструкция позволяет дистанционно управлять координатой источника ПВ. Генерируемые ПВ (фиг.2, поз.8), захваченные потоком, в своей совокупности выглядят в виде плоского листа, ориентированного в горизонтальной или вертикальной плоскости, в зависимости от того, какой из электродов (струна) катода подключен.The device is a rectangular frame (Fig. 1) installed in front of the working part of the hydrodynamic tube (Fig. 2, pos. 7), inside which, horizontally (Fig. 1, pos. 4) and vertically (Fig. 1, pos. 3), perpendicular to each other, strings made of metal wire are stretched, each of which is designed with the possibility of electrical connection by means of a cable (Fig. 1, pos. 5) to an electronic control unit (not shown in the figures) by switching the coordinates of the visualization plane, while the strings are stretched so that they do not touch each other. Thus, each string, connected at the moment, acts as an electrode from which a veil of bubbles comes off, which sets the coordinate of the visualization plane. And the inner surface of the frame (Fig. 1, pos. 2) is made flush with the mating parts of the inner surface of the walls of the hydrodynamic tube (Fig. 2, pos. 6). Such a design allows remote control of the coordinate of the PV source. The generated PV (Fig. 2, pos. 8), captured by the flow, in their entirety look like a flat sheet, oriented in a horizontal or vertical plane, depending on which of the electrodes (string) of the cathode is connected.

Учитывая то, что ПВ обладают положительной плавучестью, для получения достоверной картины обтекания исследуемого объекта необходимо минимизировать величину вертикального перемещения ПВ. На скорость подъема газовых пузырьков влияют размеры самих пузырьков и наличие организованной циркуляции электролита.Considering that the PV have positive buoyancy, to obtain a reliable picture of the flow around the object under study, it is necessary to minimize the value of the vertical displacement of the PV. The speed of the rise of gas bubbles is affected by the size of the bubbles themselves and the presence of organized circulation of the electrolyte.

Размер ПВ зависит от поверхностного натяжения материала, из которого изготовлен электрод и его геометрической формы. Поверхностное натяжение в свою очередь зависит от потенциала электрода. Если электрод выполнен из тонкой проволоки диаметром Dn , то диаметр ПВ будет составлять (0,2÷0,5) Dn.The size of the PV depends on the surface tension of the material from which the electrode is made and its geometric shape. The surface tension in turn depends on the electrode potential. If the electrode is made of a thin wire with a diameter of D n , then the diameter of the PV will be (0.2÷0.5) D n .

Если делать выбор материала, исходя из вышеуказанных критериев, то лучшим материалом для электродов катода является проволока из платины (Pt) диаметром Dn 50 мкм, но это не исключает возможность применения проволоки из другого металла. Платина достаточно дорогой материал и не всегда целесообразно его выбирать.If the choice of material is made based on the above criteria, then the best material for cathode electrodes is platinum (Pt) wire with a diameter of Dn 50 microns, but this does not exclude the possibility of using wire made of another metal. Platinum is a fairly expensive material and it is not always advisable to choose it.

Величина потенциала на электроде и ток подбираются в процессе наладки оборудования в зависимости от поставленной технической задачи.The potential value on the electrode and the current are selected during the equipment setup process depending on the technical task at hand.

Конечная настройка может также выполняться путем перемещения модели по вертикали в нужное положение относительно горизонтальной плоскости визуализации. Final adjustment can also be done by moving the model vertically to the desired position relative to the horizontal rendering plane.

Для управления сменой координат формируемых пузырьковых плоскостей, в том числе с горизонтальной на вертикальную и обратно, служит механизм, представляющий собой электронный блок, содержащий контроллер с модулем электронных ключей, количество которых соответствует количеству электродов на электродной рамке.To control the change of coordinates of the formed bubble planes, including from horizontal to vertical and back, a mechanism is used, which is an electronic unit containing a controller with a module of electronic keys, the number of which corresponds to the number of electrodes on the electrode frame.

Устройство (фиг.1) устанавливается на горизонтальном участке ГДТ перед РЧ (фиг. 2, поз.7). Второй электрод (анод) расположен за границей РЧ (фиг.2, поз.9), на нем генерируются пузырьки кислорода O2 (фиг.2, поз.10), которые также подхватываются потоком и уносятся за пределы РЧ. Исследуемая модель (фиг.2, поз.11), закрепленная на державке (фиг.2, поз.12), располагается в геометрическом центре РЧ, в ядре потока, с возможностью вертикального перемещения.The device (Fig. 1) is installed on the horizontal section of the gas turbine engine before the RF (Fig. 2, pos. 7). The second electrode (anode) is located beyond the RF boundary (Fig. 2, pos. 9), and oxygen bubbles O2 (Fig. 2, pos. 10) are generated on it, which are also picked up by the flow and carried beyond the RF boundary. The model under study (Fig. 2, pos. 11), fixed on the holder (Fig. 2, pos. 12), is located in the geometric center of the RF, in the core of the flow, with the possibility of vertical movement.

Оператор в соответствии с программой испытаний, с помощью механизма управления выбирает сечение, в плоскости которого с помощью фото и видео аппаратуры регистрируется картина обтекания исследуемого объекта. Таким образом, устраняется необходимость ручной перестановки рамки с одиночным электродом, что приводит к существенному сокращению времени на изменение координаты плоскости генерации пузырьков и обеспечивает однозначность ее позиционирования как в процессе одного пуска, так и от пуска к пуску.The operator, in accordance with the test program, selects a section using the control mechanism, in the plane of which the flow pattern around the object under study is recorded using photo and video equipment. This eliminates the need for manual rearrangement of the frame with a single electrode, which leads to a significant reduction in the time for changing the coordinate of the bubble generation plane and ensures the uniqueness of its positioning both during one start and from start to start.

Внутренняя поверхность катодной электродной рамки в рабочем положении, т. е. после ее установки в специальное гнездо перед РЧ, образует единую поверхность с внутренней поверхностью рабочего тракта ГДТ, исключая, тем самым, турбулизирующее воздействие на поток.The inner surface of the cathode electrode frame in the working position, i.e. after its installation in a special socket in front of the RF, forms a single surface with the inner surface of the working path of the gas turbine engine, thereby eliminating the turbulent effect on the flow.

Claims (1)

Устройство для трассерной визуализации течений в гидродинамической трубе, являющееся одним из двух электродов, участвующих в процессе электролиза, характеризующееся тем, что представляет собой прямоугольную рамку, установленную перед рабочей частью гидродинамической трубы, внутри которой горизонтально и вертикально, перпендикулярно друг другу натянуты струны из металлической проволоки, каждая из которых выполнена с возможностью подключения к механизму управления переключением плоскости визуализации, представляющему собой электронный блок управления, при этом струны расположены так, что они не соприкасаются друг с другом, а внутренняя поверхность рамки выполнена заподлицо с сопрягаемыми частями внутренней поверхности стенок гидродинамической трубы.A device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe, which is one of two electrodes participating in the electrolysis process, characterized in that it is a rectangular frame installed in front of the working part of the hydrodynamic pipe, inside which metal wire strings are stretched horizontally and vertically, perpendicular to each other, each of which is designed with the possibility of connecting to a visualization plane switching control mechanism, which is an electronic control unit, while the strings are located so that they do not touch each other, and the inner surface of the frame is made flush with the mating parts of the inner surface of the walls of the hydrodynamic pipe.
RU2024138656U 2024-12-20 Device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe using the hydrogen bubble method RU235034U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU235034U1 true RU235034U1 (en) 2025-06-19

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU553652A1 (en) * 1976-01-05 1977-04-05 Предприятие П/Я Г-4974 Device for visualizing the movement of fluid layers
SU949558A1 (en) * 1980-12-23 1982-08-07 Ставропольский Ордена Дружбы Народов Государственный Педагогический Институт Magnetic field visualization device
RU2752577C1 (en) * 2020-12-30 2021-07-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство здравоохранения Российской Федерации Device for testing and adjustment of micro-object vizualizing optic system and method for its manufacture
RU2811450C1 (en) * 2019-11-15 2024-01-11 ЛАЙФСКЕН АйПи ХОЛДИНГЗ, ЭлЭлСи Methods and devices for visualizing analyte measurements

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU553652A1 (en) * 1976-01-05 1977-04-05 Предприятие П/Я Г-4974 Device for visualizing the movement of fluid layers
SU949558A1 (en) * 1980-12-23 1982-08-07 Ставропольский Ордена Дружбы Народов Государственный Педагогический Институт Magnetic field visualization device
RU2811450C1 (en) * 2019-11-15 2024-01-11 ЛАЙФСКЕН АйПи ХОЛДИНГЗ, ЭлЭлСи Methods and devices for visualizing analyte measurements
RU2752577C1 (en) * 2020-12-30 2021-07-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство здравоохранения Российской Федерации Device for testing and adjustment of micro-object vizualizing optic system and method for its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Slaouti et al. An experimental investigation of the end effects on the wake of a circular cylinder towed through water at low Reynolds numbers
Grass Structural features of turbulent flow over smooth and rough boundaries
CN101317553B (en) Tester for acousto-optic-electric action of fishes
RU235034U1 (en) Device for tracer visualization of flows in a hydrodynamic pipe using the hydrogen bubble method
CN107288097A (en) It is a kind of to be used to simulate experimental rig and method of the groynes to flow action
Weier et al. The effect of a Lorentz-force-driven rotating flow on the detachment of gas bubbles from the electrode surface
Yang et al. Experimental study of flow field around pile groups using PIV
WO2014173228A1 (en) Adaptive measuring device and measuring method for water temperature of reservoir
CN110729060A (en) Visual experimental device and method for flow traces in rod bundle channel under motion condition
CN103355250A (en) Underwater video observation positioning device and spawning scale evaluation method for Chinese sturgeon spawning ground
CN203259440U (en) Experimental device for small indoor ecological comprehensive system
CN103698361B (en) Model test device and test method for studying factors affecting the growth of artificial coral reefs
CN103510148A (en) Technique and device for preparing STM (Scanning Tunneling Microscope) probe with chemical corrosion and drawing method
CN109712492A (en) A kind of full-automatic real-time monitoring reynolds experiment instructional device
CN112484769B (en) Underwater target visual recognition algorithm function test platform and test method
CN109506886A (en) A kind of basin simulator and its test method
CN201017692Y (en) A real-time monitoring system for nanoprobes fabricated by electrochemical corrosion
Das et al. Bubble flow in a static magnetic field
Mattingly The Hydrogen-Bubble, Flow-Visualization Technique
CN103371098B (en) Experimental apparatus, system and method for aquatic plants
Teschke et al. Electrodeposition of nickel by an asymmetric periodically reversed step current
Hack Development and use of astm standard g5
Yusoff et al. Magnitude-based seed point placement for streamlines generation
CN107480834B (en) A prediction method for occurrence of Karman vortex street at the tail end of submerged vegetation group in river channel
CN109018256B (en) Initial balancing method for underwater towed body buffering mooring rope of wave glider