14705

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОДЪЕМНИКА ПРИ ПОСТОЯННОМ ПОГРУЖЕНИИ ПОД УРОВЕНЬ ЖИДКОСТИ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОДЪЕМНИКА ПРИ ПОСТОЯННОМ ПОГРУЖЕНИИ ПОД УРОВЕНЬ ЖИДКОСТИ Цель работы получение экспериментальной зависимости подачи подъемника от расхода газа называемой характеристической кривой работ

Русский

2013-06-09

369 KB

29 чел.

Лабораторная работа № 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОДЪЕМНИКА ПРИ ПОСТОЯННОМ ПОГРУЖЕНИИ ПОД УРОВЕНЬ ЖИДКОСТИ

Цель работы — получение   экспериментальной    зависимости подачи подъемника от расхода газа, называемой характеристической кривой работы подъемника. Исследование этой зависимости и определение фактических и расчетных параметров подъемника при его работе в оптимальном и максимальном режимах.

Краткая теория

Для газожидкостного подъемника небольшой длины, дифференциальное уравнение движения смеси можно представить  в конечных разностях. В лабораторной установке длина газожидкостного подъемника мала (Ln=20,3 м). Пренебрегая потерями на ускорение движения смеси, запишем уравнение в конечных разностях:

где Р1 и Р2 давление на башмаке и устье подъемника; Ртр — потери давления на преодоление сил трения на длине Ln.

Итак, перепад давления при движении газожидкостной смеси в подъемнике расходуется главным образом на преодоление веса столба смеси и на трение.

Для удобства анализа уравнения представим его в безразмерном виде, выразив давления через соответствующие столбы жидкости:

Подставляя выражение (1.2) в (1.1), получим:

Физический смысл членов уравнений (1.1) и (1.3) одинаков. В левой части мы имеем общие затраты давления   или   энергии   в газожидкостном подъемнике на единичной его длине, представленные в безразмерной форме — ξ,

Эта энергия тратится на преодоление веса столба смеси единичной длины (ρсм/ρ) и на потери на трение на этой же длине (hтр’=Lп/hтр). С учетом введенных обозначений уравнение (1.3) примет вид:                 

Академиком А. П. Крыловым получено следующее уравнение работы элементарного газожидкостного подъемника при пробковой структуре потока:

где D— диаметр подъемника, м; q, υг — объемные расходы воды и воздуха при термодинамических условиях в подъемнике м3/с.

В уравнении (1.6) первое слагаемое в правой части характеризует затраты энергии на преодоление гидростатического давления, создаваемого столбом газожидкостной смеси; второе - затраты энергий на преодоление сил трения при движении в подъемнике только воды; третье -затраты энергии на преодоление сил трения при движении только воздуха; четвертое - затраты энергии на преодоление сил взаимодействия на границе раздела фаз.

Характеристической кривой газожидкостного подъемника данного диаметра называется зависимость дебита жидкости от расхода газа q=f(v) при постоянстве расхода энергии (ξ=const).

Вид этой зависимости представлен на рис. 6. Расход газа приведен к стандартным условиям.

Подъемник работает не при любом расходе   рабочего   агента. Если расход газа слишком мал, то пузырьки, газа проходят через жидкость, всплывая в ней, и газ уходит в сепаратор. Уровень смеси в подъемнике подымается несколько выше динамического  уровня жидкости h1 (рис. 5). Увеличение расхода газа приводит к увеличению газосодержания смеси, уровень ее в подъемнике растет. Наконец, при расходе газа vn уровень смеси в газожидкостном подъемнике достигает устья. Теперь при малейшем увеличении расхода газа будет осуществляться подача жидкости в сепаратор. Сначала увеличение расхода газа приводит к росту дебита - участок характеристической кривой НМ на рис. 6. Дальнейшее увеличение расхода газа вызывает падение дебита жидкости исходящая ветвь характеристической кривой — МК на рис. 6. Вплоть до того, что в точке К дебит равен нулю. Энергия целиком тратится в подъемнике, и он не совершает никакой полезной работы.    

 

Такое поведение характеристической кривой можно объяснить с помощью графика изменения расхода энергии в функции расхода газа, представленного на рис. 7. Положим, что кривые на рис. 6 и 7 построены для подъемника одинакового диаметра D, a кривая рис. 7 взята для дебита q, которому на характеристической кривой рис. 6 соответствуют точки 1 и 2. Точка 1 находится в области малых расходов газа. На рис. 7 эта область лежит левее точки К, здесь увеличение расхода газа ведет к уменьшению общего расхода энергии для обеспечения постоянного дебита q.

По условиям рис. 6 общий расход энергии неизменен, поэтому оказывается, что для сохранения постоянного дебита при увеличении расхода газа энергии нужно меньше, чем мы располагаем, появляющийся «избыток» энергии идет на увеличение дебита. Точка 2 лежит в области больших расходов газа. Здесь при постоянном дебите (рис. 7) увеличение расхода газ вызывает увеличение затрат энергии же условиями задано постоянство расхода энергии (рис. 6), то при увеличении расхода газа, оказывается недостаточно1 для поддержание постоянного дебита, и он уменьшается с ростом v.

На характеристической кривой работы газожидкостного подъемника (рис1.) можно выделить две особые точки. Точка М соответствует максимальному режиму работы подъемникам при постоянстве общего расхода энергии ξ дебит подъемника имеет наибольшее значение qmах. Этот режим оптимален с точки зрения общего расхода энергии. На максимальном режиме работают фонтанные скважины, если геологопромысловые условия и условия разработки позволяют осуществлять максимальные отборы.

Точка О отвечает оптимальному режиму работы подъемника. При этом режиме подъемник работает с минимальным удельным расходом рабочего агента R=v/q, то есть с минимальным расходом подводимой энергии сжатого газа на подъем единицы объёмной или массовой продукции. В этом режиме обычно работают газлифтные скважины. Касательная, проведенная из начала координат к кривой q=f(v) (рис. 6), определит положение точки, соответствующей оптимальному режиму работы подъемника.

Промысловые газожидкостные подъемники работают в области между точками О и М. Выход из этой области не выгоден ни с точки зрения обеспечения максимальных отборов, ни с точки зрения энергетических затрат. Для этих двух режимов работы подъемника, наиболее интересных для промысловой практики, академиком А. П. Крыловым на основании экспериментальных данных были получены расчетные формулы.Режим максимального дебита подъемника:

Оптимальный режим работы подъемника:

Порядок проведения работы:

1. Оформить табл, 3  (для записи результатов 10—12 замеров).

2. Знакомится с конструкцией установки, с пультом управления и контроля (см. описание и схему установки рис. 5).

3. Изучить принцип действия измерительных устройств и их основные технические характеристики (табл. 2).

4. Для создания определенной величины погружения подъемника h1 под уровень жидкости   открыть   один   или   несколько фитилей 7 (рис. 5).

5. Занять рабочие места: управление подачи воздуха, измерение давления, замер расхода воздуха, замер расхода жидкости, проведение предварительных вычислений, построение графиков. Две последние операции осуществляют параллельно с проведением замеров.

6. Вентилем 3 установить и регулировать соответствующую подачу воздуха в подъемник. Контроль за подачей воздуха осуществляется наблюдением  за  положением  поплавка ротаметра (на рис. 5 не показан).

7 Для поддержания на заданном уровне общего расхода энергии ξ (формула (1.4.)) при той или иной подаче воздуха регулируют давления: давление р1, - вентилем 12 (изменением расхода подливаемой в напорную колонну 5 воды), давление р2 -вентилем 4 (изменением противодавления на устье).

8. На каждом установившемся режиме одновременно замеряют

а) давление на башмаке и устье подъемника (р1 и p2).

б) температуру потока в газожидкостном подъемнике:

9. Построение характеристической кривой работы подъемника производят с режима начала его работы (начало выброса точка Н рис. 6). Так как для этого режима q=0 производят только замер расхода воздуха.

10. Полученные экспериментальные данные записывают в левую часть табл. 3.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8452. Организационные формы управления научным комплексом 16.16 KB
  Организационные формы управления научным комплексом Организационная структура управления научно-техническим комплексом - совокупность научных, научно-производственных и обслуживающих организаций, органов государственного управления научно-технически...
8453. Проблемы переходного процесса национальной экономик России и стран Восточной Европы 25.36 KB
  Проблемы переходного процесса национальной экономик России и стран Восточной Европы РБ находится в процессе перехода к гражданскому демократическому обществу со смешенной соц ориентированной экономикой. Прошедшие годы преобразований (особенно начало...
8454. Anatomy and physiology of CVS 17.05 KB
  Anatomy and physiology of CVS The heart is the main organ of the cardiovascular system and is located in the left side of the mediastinum. There are three layers in the heart: the epicardium, the myocardium and the endocardium. The epicardium covers...
8455. Имитационное моделирование однопроцессорной МИКС, имеющей неограниченную очередь 59.5 KB
  Имитационное моделирование однопроцессорной МИКС, имеющей неограниченную очередь Задание: Построить структуру модели, используя блоки GPSS Составить программу на ASSEMBLERE с заданием параметров, имен элементов системы и обяз...
8456. Понятие экономической безопасности 32 KB
  Понятие экономической безопасности. Экономическая безопасность - это такое состояние нац экономики, которое позволяет обеспечить ее устойчивое функционирование в условиях воздействия внутренних и внешних факторов, достаточное удовлетворен...
8457. Моделирование выхода в Internet по телефонным линиям связи для просмотра электронной почты 103.29 KB
  Моделирование выхода в Internet по телефонным линиям связи для просмотра электронной почты. Цель моделирования - определить необходимый ресурс времени для успешного завершения заданного числа выходов в сеть.
8458. Имитационное моделирование вычислительных процессов и систем 486 KB
  Имитационное моделирование вычислительных процессов и систем Моделирование (дискретных систем). Имитационное моделирование. Концептуальная модель системы. Основы технологии имитационного моделирования. Метод с...
8459. Разработать модель одноканальной вычислительной системы с тремя процессорами и тремя режимами обслуживания заявок 300 KB
  Разработать модель одноканальной вычислительной системы с тремя процессорами и тремя режимами обслуживания заявок Задание: Постоянное время обслуживания со средним значением 3 с. (300 тактов). Экспоненциальное представление времени обс...
8460. Моделирование работы склада комплектующих элементов 142.5 KB
  Моделирование работы склада комплектующих элементов Задание: Исходное количество комплектующих 1000 ед. Ежедневно спрос на КИ равновероятно колеблется от 40 до 63 ед. Целевой уровень запаса после заказа израсходованных комплектующих изделий должен б...