леноидами, расположенными на обоих берегах. Формула (4.8) применима в том случае, если дно реки изолировано. На практике дно большинства рек имеет заметную электрическую проводимость, из-за которой электрические токи уходят на дно. Эти токи ослабляют сигнал. В этом случае необходимо введение поправочного коэффициента ослабления бо<1

6 = 2Аа,/(2/га, + Ьо,), (4.9)

где h - глубина реки; оо - электропроводимость дна; а\ -г- электропроводимость речной воды.

Если электромагнитная гидрометрическая станция использует внешний источник магнитного поля, то вследствие эффекта рассеяния поле выходит за пределы соленоидов. Сигнал на выходе уменьшается, что обуславливает введение коэффициента р<1. Поэтому при любой конфигурации индуктора (4.8) следует переписать в виде

ы = Д-ВУ,р66оР. (4.10)

Расход для прямоугольного русла:

QV Bh, (4.11)

Q = UnhlKBb,f.. (4.12)

Эти исследования были выполнены на модельной установке в искусственном канале и на реке Ровер в районе Принс-Марш возле Петерсфилда, Англия. Следует отметить, что наличие водорослей и наносов в реке не мешало измерениям, так как скорость их равна нулю.

Полученные данные соответствовали результатам измерений скорости, выполненным другими методами.

Наряду с измерением линейных скоростей течений предприняты попытки измерения и вихревых структур в потоках. Изучение пульсаций электрических полей, наводимых в электродах при движении вихрей в потоке, позволяет судить о масштабах и размерах вихревых структур. Для получения аналогичной информации в природных объектах (пресном озере) было разработано устройство, регистрирующее напряженность электрического поля вихря в нескольких точках [127].

Принципиально новым способом измерения rotV в пресном озере могут стать измерения дивергенции электрического поля. Закон Ома для жидкости с проводимостью ст, движущейся со скоростью V в постоянном магнитном поле Земли В, записывается в виде

j = CT(E + [VXB]). (4.13)

Взяв div В от обеих частей (4.13), можно получить

divE = -div[VXB] = -BrotV. (4.14)

Зная значение В в месте производства измерений, нетрудно пересчитать измеренную div Е в rot V при условии, что это единст-

венный механизм, определяющий div Е. Этот способ измерения предложен Шерклифом [145]. С целью измерения роторов скорости течений в Ладожском озере была создана многоэлектродная установка, принцип которой описан в [127].

Электрохимический метод. При измерении локальных скоростей нестационарных течений капельной жидкости возникают значительные трудности. Трубки Пито обладают большой инерционностью и слабой чувствительностью при малых скоростях. Термоанемометр для измерения в капельных жидкостях значительно сложнее и дороже, чем для измерения в газах, так как намного увеличивается мощность рассеивания его нагреваемой нитью, что вызывает локальную неравномерность потока.

Для исследования стационарных и нестационарных скоростей в лабораторных условиях используют электрохимический метод, основанный иа том, что плотность предельного тока на электроде непосредственно зависит от скорости доставки реагента на электрод, т. е. /пр=/(и) [118]. Для того чтобы на молекулярную и конвективную диффузию не накладывалось движение ионов под действием электрического поля, в электролит добавляется фоновый компонент, потенциал реагирования которого значительно выше потенциала вещества, используемого для определения массообмена. Роль фона в том, что, не реагируя на электродах и не внося вклада в предельный ток, он увеличивает электрическую проводимость раствора, изменяя миграцию ионов под действием электрического поля до пренебрежимо малого значения.

При исследовании интенсивности массообмена одного из электродов с окружающей средой необходимо, чтобы второй электрод не был поляризован. Во избежание поляризации площадь его примерно в 10 раз больше площади регистрирующего электрода.

В [118] исследовалось движение потока при внешнем обтекании конуса, а в [174] - явления турбулентности. Этот метод был также успешно применен для изучения свойств турбулентных газожидкостных потоков [88].

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). До последнего времени определение переходных режимов течения от ламинарного к турбулентному, особенно для труб малого диаметра, встречает значительные трудности. Практически отсутствует прямая количественная оценка степени турбулизации потока. Предложенная в [73] методика предназначена для изучения явлений поперечного массообмена при течении жидкости в трубе. Аналогичная методика позволяет изучать и продольный перенос при турбулизации.

Блок-схема экспериментальной установки приведена на рис. 4.13. Трубопровод представляет собой стеклянную трубу длиной 70 см и внутренним диаметром 4,8 мм. Перед выходом в трубопровод жидкость намагничивается, проходя поляризатор, состоящий из кюветы и постоянного магнита большой напряженности. В поляризаторе магнитные моменты протонов воды ориентируются преимущественно по направлению сильного магнитного поля, направленного перпендикулярно скорости потока V(HIV). После

прохождения поляризатора жидкость имеет неравновесную протонную намагниченность, которая сохраняется достаточно долго (порядка секунды), так что убывание ее за счет релаксации за время протекания исследуемого участка длиной S не оказывает влияния на результаты эксперимента.

В конце трубопровода расположен детектор, где с помощью стандартного измерителя ИМИ-2 регистрируется сигнал ЯМР, интенсивность которого пропорциональна протонной намагниченности М.

□ ГТ]

Н I-J I S2 5,

Рис. 4.13. Блок-схема экспериментальной установки для исследования скорости и характера потока методом ЯМР [73].

1 - трубопровод; 2-поляризатор; J - катушки нутации; 4 - детектор ЯМР; 5 - насос.

Жидкость откачивается из объема в 50 л насосом, помещенным на выходе трубопровода.

Для определения степени влияния поперечного переноса жидкости используют метод нутации, основанный на изменении вектора намагниченности протонов (методом ЯМР) при воздействии на жидкость слабым переменным магнитным полем, создаваемым специальными тороидальными катушками нутации, расположенными на трубопроводе и запитываемыми от низкочастотных генераторов ГЗ-33.

Интенсивности сигналов /] и /г детектора в турбулентном режиме зависят от расстояния Si и S2 между катушками (см. рис. 4.13), что позволяет определить % - величину, характеризующую степень поперечных пульсаций, из выражения

1п /, , X (S, - S,).

(4.15)

При ламинарном режиме /2 = /i, х = 0- При турбулентном течении коэффициент X характеризует степень перемешивания жидкости в поперечном направлении, и его значение можно трактовать как долю молекул, перемещаемых через продольную плоскость на единицу длины:

X = feWcp/ср