Испытательный стенд по исследованию турбулентности и транспортирующей способности потока жидкости оптическими средствами в открытых лотках при различном рельефе их внутренней поверхности

Полезная модель относится к области исследования и анализа турбулентности и транспортирующей способности потока в открытых лотках с различным рельефом их внутренней поверхности оптическими средствами.
Известно устройство для определения поверхностного натяжения композиционных материалов, включающее регулируемую стойку под образец, дозатор, узел видеосъемки и аппаратуру для обработки получаемой информации (патент РФ №129642 на полезную модель «Устройство для определения поверхностного натяжения композиционных материалов в условиях низких температур», МПК G01M 13/02). Недостатком устройства является отсутствие точной системы регулировки угла наклона стойки под образец и несовершенство узла видеосъемки, что отражается на качестве определения параметров поверхностного натяжения.
Известно также устройство для определения в статическом и динамическом режимах поверхностного и межфазного натяжения жидкостей, а также для определения угла смачивания твердых поверхностей. Устройство содержит регулируемую поверхность под образец, узлы дозирования жидкости и видеоустройства для фиксации положения капель и поверхностного натяжения жидкости (патент РФ №92860 на полезную модель «Портативное устройство для измерения углов смачивания поверхностей и поверхностного натяжения жидкостей, МПК C08J 7/00). Недостатком устройства является недостаточная точность измерений уклона регулируемой поверхности в связи с отсутствием приборов контроля ее уклона, а также несовершенство узла видеосъемки.
Наиболее близким к рассматриваемому из известных аналогов является испытательный стенд, позволяющий исследовать гидрофобность материалов при образовании потока жидкости на вогнутой криволинейной (в виде лотка) поверхности при соответствующем ее уклоне оптическими средствами (патент РФ на полезную модель №157695 «Испытательный стенд по определению степени гидрофобности материалов для изготовления труб и ремонта трубопроводов», МПК G01N 13/00). Устройство состоит из неподвижной рамы с закрепленной на ней подвижной плоской поверхности скольжения и системой регулирования ее уклона в виде сообщающихся трубок, подвижных мерных линеек с планкой и лазерного отвеса, системой фотокамер коаксиальной (вдоль лотка) и фронтальной съемки для измерения геометрических характеристик потока и его гидравлических показателей, емкости подачи и сбора жидкости.
Недостатком устройства является: узкий диапазон возможностей устройства для исследования рельефа исследуемой поверхности скольжения, что выражается в невозможности фиксации оптическими средствами вихрей; отсутствия возможности эффективного отслеживания транспортирующей способности потока путем сбора, учета и идентификации инородных материалов, присутствующих в потоке жидкости.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является: расширение диапазона возможностей за счет от выявления оптимальной конфигурации зоны турбулентности (вихрей), зависящей от специфики рельефа поверхности скольжения, а также эффективного отслеживания транспортирующей способности потока жидкости за счет улавливания инородных материалов с учетом степени их дисперсности.
Решение такой задачи важно для различных отраслей техники, например, при оптимизации рельефа внутренней поверхности безнапорных водоотводящих трубопроводов для обеспечения микротурбулентности потока и повышения его транспортирующей способности.
Поставленная задача решена тем, что испытательный стенд снабжают источником светового излучения (лампой) для измерения гидравлических и геометрических характеристик потока, а также съемным сетчатым уловителем (корзиной) для сбора и идентификации, транспортируемых потоком инородных предметов.
На чертеже в схематической форме показаны: фиг.1 - испытательный стенд по исследованию турбулентности и транспортирующей способности потока жидкости оптическими средствами в открытых лотках при различном рельефе их внутренней поверхности.
В состав испытательного стенда входят неподвижная рама (1), подвижная платформа (2) с жестко соединенным открытым лотком (3) из испытуемого материала с определенным рельефом поверхности скольжения, соединенная с одного торца через резиновый гофрированный патрубок (4) с накопительной емкостью (5) для жидкости, а с другого торца со съемным сетчатым уловителем (6), жестко соединенные с неподвижной рамой фотокамеры (7) и (8) соответственно фронтальной и коаксиальной съемки, а также источник светового излучения (9), механический домкрат (10) для изменения уклона открытого лотка, система точной фиксации уклона в виде заполненных водой магистрали (11) с сообщающимися гибкими прозрачными трубками (12), подвижных мерных линеек (13) с планкой (14) и лазерного отвеса (15), обеспечивающих вертикальное положение трубок и мерных линеек при изменении уклона поверхности скольжения. В состав устройства входит также приемная мерная емкость (16) сбора вытекающей жидкости. Подвод воды к емкости (5) производится от водопроводной сети, а опорожнение емкостей (5) и (16) в систему водоотведения осуществляется через соответствующие патрубки с задвижками.
включают
фиксируют
производят
обеспечивают
фиксируют
производят
увязывают
Принцип работы состоит в том, что на лоток с определенным рельефом поверхности при устанавливаемых уклонах из емкости поступает жидкость, содержащая инородные включения. При движении потока  источник светового излучения и при различных вариантах уклона лотка соответствующими фотокамерами  его фронт (высоту слоя, наполнение), характер и геометрические размеры (длину, ширину и площадь зон турбулентности) на базе светотеневого эффекта, создаваемого источником излучения на поверхности потока,  анализ эффективности транспортирующей способности потока по выносу разнодисперсных инородных предметов в сетчатый уловитель. Уклон открытого лотка  механическим домкратом и  по уровню воды в сообщающихся трубках мерными линейками. По окончании процесса  оценку эффективности образующихся при различном рельефе поверхности лотка зон турбулентности и соответствующую им степень транспортирующей способности исследуемой поверхности путем сбора присутствующих в жидкости инородных предметов различной степени дисперсности сетчатым уловителем,  воедино значения полученных гидравлических, геометрических параметров потока жидкости и уклонов лотка при определенных расходах (скоростях) течения воды.
Таким образом
, выполнение испытательного стенда позволяет исследовать эффективность процессов турбулизации потока жидкости при анализе поверхностей скольжения с различным рельефом в целях повышения транспортирующей способности потока в лотке, т.е. в приложении к трубопроводному транспорту предупреждения выпадения на лотковой части труб инородных предметов и эффективной их транспортировки в случае малых скоростей течения. Полученные на стенде результаты используются для выявления оптимальных вариантов выполнения структуры внутренних поверхностей труб или полимерных защитных покрытий трубопроводов, наносимых в период их бестраншейного ремонта.