RU2015574C1

RU2015574C1 - Method of simulation of operation of natural geyser

Info

Publication number: RU2015574C1
Authority: RU
Inventors: У.И. Гольдшлегер; А.Г. Мержанов; А.С. Штейнберг; Г.С. Штейнберг
Original assignee: Институт структурной макрокинетики РАН
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: park ensembles design. SUBSTANCE: liquid is advanced into operating chamber, which has a vertical channel. Lower end of the channel is disposed lower than top end of operating chamber. Liquid is heated in operating chamber. When pressure in operating chamber excesses over external pressure, liquid moves up by vertical channel and flows out in form of effluent. Part of operating chamber and of vertical channel is discharged. Pressure falls of in operating chamber. Then liquid enters operating chamber again from the vessel through the channels. After that the process repeats cyclically. EFFECT: improved efficiency. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение используется в строительстве и архитектуре парковых ансамблей и Дисней-лендов и для создания учебных пособий, наглядно объясняющих явления природы. The invention is used in the construction and architecture of park ensembles and Disney land and to create textbooks that clearly explain the phenomena of nature.

Целью изобретения является обеспечение регулярности выброса парожидкостной смеси. The aim of the invention is to ensure the regularity of the release of the vapor-liquid mixture.

Это достигается тем, что в способе имитации работы природного гейзера подают жидкость из питающего резервуара в рабочую камеру с вертикальным каналом и нагревают жидкость вплоть до вскипания и последующего самопроизвольного выброса по вертикальному каналу. При этом нижний конец вертикального канала размещают ниже верхнего края рабочей камеры. Кроме того при незначительной высоте вертикального канала в нем устанавливают регулируемый по давлению клапан или над верхним концом канала и над поверхностью жидкости в питающем резервуаре поддерживают давление менее 1 атм. This is achieved by the fact that in the method of simulating the operation of a natural geyser, liquid is supplied from the supply tank to the working chamber with a vertical channel and the liquid is heated until boiling and subsequent spontaneous ejection through the vertical channel. The lower end of the vertical channel is placed below the upper edge of the working chamber. In addition, with a small height of the vertical channel, a pressure-controlled valve is installed in it, or a pressure of less than 1 atm is maintained above the upper end of the channel and above the surface of the liquid in the supply tank.

На чертеже изображена схема осуществления предлагаемого способа. The drawing shows a diagram of an implementation of the proposed method.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

После очередного извержения часть рабочей камеры 4 и канал 2 свободны от жидкости. Оставшаяся часть камеры 4 заполнена жидкостью, которая имеет температуру кипения Т_к, отвечающую давлению во внешней среде Р_о. Под воздействием гидростатического напора Δ Р обратные клапаны 6 открываются и жидкость с температурой Т_о начинает наполнять камеру 4, охлаждая ее и прекращая в ней кипение жидкости. Уровень жидкости в камере после извержения находится ниже среза канала.After the next eruption, part of the working chamber 4 and channel 2 are free of liquid. The rest of the chamber 4 is filled with a liquid that has a boiling point T _k corresponding to the pressure in the external environment P _about . Under the influence of hydrostatic pressure Δ P, the check valves 6 open and a liquid with a temperature T _о begins to fill the chamber 4, cooling it and stopping the boiling of the liquid in it. The liquid level in the chamber after the eruption is below the cutoff of the channel.

Газ, заполняющий свободный объем, состоит из пара жидкости и газа атмосферы. На стадии заполнения, пока жидкость не достигает уровня h_о, давление газа равно давлению во внешней среде. После достижения h_одавление в газовом объеме начинает расти, что приводит к частичной конденсации пара (к уменьшению концентрации пара в газе одновременно приводит и понижение температуры в камере за счет подводимой жидкости).The gas filling the free volume consists of liquid vapor and atmospheric gas. At the filling stage, until the liquid reaches the level of h _o , the gas pressure is equal to the pressure in the external environment. After reaching h _{о, the} pressure in the gas volume begins to increase, which leads to partial condensation of the vapor (a decrease in the concentration of steam in the gas is also caused by a decrease in the temperature in the chamber due to the supplied liquid).

С этого момента (h = h_o) жидкость начинает заполнять и канал, причем скорость заполнения определяется как динамикой изменения давления газа в свободном объеме камеры, так и уровнем жидкости в канале.From this moment (h = h _o ), the liquid begins to fill the channel as well, and the filling rate is determined both by the dynamics of the gas pressure in the free volume of the chamber and by the liquid level in the channel.

Время заполнения и предельный уровень жидкости в камере определяются: законом изменения гидростатического давления Δ Р; глубиной погружения h_о канала выброса относительно верхнего края камеры; величиной теплового потока, подведенного к рабочей камере.The filling time and the maximum liquid level in the chamber are determined by: the law of change in hydrostatic pressure Δ P; immersion depth h _about the ejection channel relative to the upper edge of the chamber; the value of the heat flux supplied to the working chamber.

Выбор параллельной схемы подвода жидкости позволяет в широких пределах варьировать Δ Р и соответственно время заполнения системы жидкостью. При закрытом кране 7 подача воды в рабочую камеру осуществляется по каналу 8 под воздействием напора ΔP=ρgH (H - разница уровней воды в питающем резервуаре или грифоне и рабочей камере). The choice of a parallel fluid supply circuit allows a wide variation of Δ P and, accordingly, the time of filling the system with liquid. When the tap 7 is closed, water is supplied to the working chamber through channel 8 under the pressure ΔP = ρgH (H is the difference in water levels in the supply tank or griffin and the working chamber).

При открытом кране 7 время заполнения определяется давлением во внешней системе подачи воды и регулируется системой управления, состоящей из поплавка 5, скоммутированного с краном 7, и клапанов 6. Параллельно с заполнением системы жидкостью происходит нагрев камеры внешним источником мощности q. Достигнув выходного среза канала 2, жидкость заполняет грифон 1 и начинается стадия слива. With the tap 7 open, the filling time is determined by the pressure in the external water supply system and is controlled by a control system consisting of a float 5 connected to the tap 7 and valves 6. In addition to filling the system with liquid, the chamber heats up with an external power source q. Having reached the exit section of channel 2, the liquid fills the griffin 1 and the discharge stage begins.

Жидкость в камере 4 продолжает греться и достижение температуры кипения Т_к", равной температуре кипения при Р = Р_о + ρg H, является достаточным условием для начала извержения.The liquid in the chamber 4 continues to warm up, and reaching a boiling temperature T _k equal to the boiling point at P = P _o + ρg H is a sufficient condition for the eruption to begin.

При h_o = 0 кипение имеет объемный характер. При достижении Т_к в жидкости появляются пузыри пара, размер которых больше критического. Дальнейший рост температуры приводит к резкому росту давления внутри пузырей и вытеснению части жидкости из канала. В результате этого давление в камере падает, что приводит к самоускоряющемуся процессу зарождения и роста пузырей газа внутри жидкости, и как результат, к извержению.When h _o = 0, boiling has a volume character. Upon reaching T _k , vapor bubbles appear in the liquid, the size of which is more than critical. A further increase in temperature leads to a sharp increase in pressure inside the bubbles and the displacement of part of the liquid from the channel. As a result, the pressure in the chamber drops, which leads to a self-accelerating process of nucleation and growth of gas bubbles inside the liquid, and as a result, to an eruption.

При h_o ≠ 0 превышение температуры в камере Т_к" приводит к вскипанию жидкости и, как следствие, к экспоненциальному росту давления в газовой фазе над жидкостью. Результатом такого роста давления и является наблюдаемое извержение гейзера.At h _o ≠ 0, an excess of the temperature in the chamber T _k "leads to boiling of the liquid and, as a consequence, to an exponential increase in pressure in the gas phase above the liquid. The result of this increase in pressure is the observed eruption of the geyser.

Извержение заканчивается после опорожнения канала 2 и части рабочей камеры 4. The eruption ends after emptying the channel 2 and part of the working chamber 4.

Способ осуществляют на установке, которая работает следующим образом. The method is carried out on the installation, which works as follows.

Вода поступает из емкости объемом V=10 л или при открытом кране 7 из сети по каналам 8 и 9 в рабочую камеpу гейзера. Рабочая камера представляет собой коническую колбу V = 5 л, на боковой поверхности которой намотан электронагреватель мощностью W = 0,5 кВт. Рабочую камеру устанавливают на регулируемый нагреватель с максимальной мощностью W = 3 кВт. Горловина рабочей камеры закрыта фланцем с установленным в нем вертикальным стеклянным каналом длиной l = 0,3-1 м и диаметром d = 5-50 мм. Water comes from a tank with a volume of V = 10 l or, when the tap 7 is open, from the network through channels 8 and 9 into the geyser working chamber. The working chamber is a conical flask V = 5 l, on the side surface of which an electric heater with a power of W = 0.5 kW is wound. The working chamber is installed on an adjustable heater with a maximum power of W = 3 kW. The neck of the working chamber is closed by a flange with a vertical glass channel installed in it, length l = 0.3-1 m and diameter d = 5-50 mm.

Конструкция фланца позволяет регулировать положение канала относительно верхнего края рабочей камеры. В некоторых экспериментах используют каналы с впаянными в них регулируемыми по давлению клапанами. Открытие клапана происходит автоматически при достижении в ходе нагрева установленного заранее давления. Во время экспериментов варьируют следующие параметры: давление воды на входе в рабочую камеру, высоту и диаметр канала, по которому происходит извержение, и его положение относительно края рабочей камеры, мощность нагревателя. The flange design allows you to adjust the position of the channel relative to the upper edge of the working chamber. Some experiments use channels with pressure-controlled valves soldered into them. The valve opens automatically when a predetermined pressure is reached during heating. During the experiments, the following parameters vary: the water pressure at the entrance to the working chamber, the height and diameter of the channel through which the eruption occurs, and its position relative to the edge of the working chamber, heater power.

После очередного извержения открываются клапаны 6 и вода поступает в рабочую камеру и вертикальный канал гейзера. По достижении верхнего среза рабочего канала 2 или клапана канала 3 клапаны 6 закрываются. При работе гейзера в условиях пониженного давления (Р < 1 атм) установку помещают в закрытый объем. Нагрев рабочей камеры осуществляют непрерывно постоянной заданной мощностью. After the next eruption, valves 6 open and water enters the working chamber and the vertical channel of the geyser. Upon reaching the upper cut of the working channel 2 or valve channel 3, the valves 6 are closed. When the geyser is operating under reduced pressure (P <1 atm), the installation is placed in a closed volume. The heating of the working chamber is carried out continuously by a constant predetermined power.

Claims

1. METHOD FOR SIMULATING THE WORK OF A NATURAL GEYSER, characterized in that, in order to ensure regular release of the vapor-liquid mixture, liquid is supplied from the supply tank to the working chamber with a vertical channel and the liquid is heated until boiling and subsequent spontaneous discharge through the vertical channel.

2. The method according to claim 1, characterized in that, in order to increase the amount of liquid ejected, the lower end of the vertical channel is placed below the upper edge of the working chamber.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that, in order to ensure the ejection of liquid at a small height of the vertical channel, a pressure-controlled valve is installed in the vertical channel.

4. The method according to p. 3, characterized in that the pressure above 1 atm is maintained above the upper end of the channel and above the surface of the liquid in the supply tank.