44298

Исследование процесса волнового диспергирования газа в жидкости

Контрольная

Физика

Полученные результаты Рисунок 2  Зависимость расхода воды через диспергатор от давления воды 1  внутренняя подача газа dк=7 мм dотв=28 мм диспергатор старого поколения; 2  внешняя подача газа dк=5 мм dотв=20 мм диспергатор нового поколения Рисунок 3  Пример обрабатываемой фотографии с отмеченной базовой линией Рисунок 4  Вид экрана компьютера в процессе обработки фотографии Рисунок 5  Зависимость среднего диаметра воздушных пузырьков от давления воды на выходе из насоса при расходе воздуха Qг = 05...

Русский

2013-11-13

7.52 MB

6 чел.

Исследование процесса волнового диспергирования газа в жидкости

Москва, 2012 г.


1. Анализ литературы

2. Поставленные задачи и методы их решения

3. Полученные результаты

Рисунок 2  Зависимость расхода воды через диспергатор от давления воды

1 внутренняя подача газа, dк=7 мм, dотв=2,8 мм (диспергатор старого поколения);

              2 внешняя подача газа, dк=5 мм, dотв=2,0 мм (диспергатор нового поколения)


Рисунок 3 Пример обрабатываемой фотографии с отмеченной базовой линией

Рисунок 4 Вид экрана компьютера в процессе обработки фотографии

Рисунок 5 Зависимость среднего диаметра воздушных пузырьков от давления воды на выходе из насоса при расходе воздуха Qг = 0,5 дм3/мин

      1 внутренняя подача газа, dк=7 мм, dотв=2,8 мм (диспергатор старого поколения);

2 внешняя подача газа, dк=5 мм, dотв=2,0 мм (диспергатор нового поколения)

Рисунок 6 Зависимость среднего диаметра воздушных пузырьков от давления воды на выходе из насоса при расходе воздуха Qг = 5 дм3/мин

     1 внутренняя подача газа, dк=7 мм, dотв=2,8 мм (диспергатор старого поколения)

2 внешняя подача газа, dк=5 мм, dотв=2,0 мм (диспергатор нового поколения)

Рисунок 7 Плотность распределения газовых пузырьков по размерам при Qг = 0,5 дм3/мин

в диспергаторе нового поколения.

Числа у кривых значения давления воды на выходе из насоса pв, МПа

Рисунок 8 Плотность распределения газовых пузырьков по размерам при Qг = 5 дм3/мин

в диспергаторе нового поколения.

Числа у кривых значения давления воды на выходе из насоса pв, МПа


4. ОСНОВНЫЕ ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Конструкции генераторов

   а)                          б)

Рисунок 2.1 Конструктивные схемы волновых диспергаторов газа в жидкости:

      а) с внутренней подачей газа (диспергатор старого поколения),

б) с внешней подачей газа (диспергатор нового поколения)

Исследовались волновые диспергаторы двух типов: c подачей газа через торцевую стенку канала непосредственно в зону генерации колебаний (рисунок 2.1, а) и с внешней подачей газа вне зоны возникновения колебаний (рисунок 2.1, б). В первом случае происходило демпфирование колебаний, что приводило к уменьшению их амплитуды при повышении расхода газа. Во втором случае интенсивность колебаний давления, создаваемых гидродинамическим генератором, не снижается с увеличением расхода газа, что усиливает волновое воздействие и улучшает качество диспергирования.

4.2. Методика измерения размеров газовых пузырьков в жидкости

В рамках данной работы была усовершенствована разработанная ранее методика измерения размеров газовых пузырьков в жидкости. В прежней методике требовалось ручное указание левой и правой границ пузырька на компьютерной фотографии с помощью “мыши”. В новом варианте основным является полуавтоматический режим, при котором нужно только указать измеряемый пузырек щелчком левой кнопки “мыши” левее центра пузырька. После этого автоматически определяются левая и правая границы пузырька по наибольшим градиентам яркости фотоизображения в указанной области. Вместе с тем, сохранена возможность ручного указания границ в тех случаях, когда алгоритм автоматического определения размеров не позволяет этого сделать. Данная ситуация обычно возникает в тех случаях, когда друг на друга накладываются изображения нескольких пузырьков или они имеют очень большие размеры, что приводит к возникновению световых бликов на поверхностях пузырьков.

Размеры пузырьков определяются путем их сравнения с размером известного элемента конструкции, например, диаметра резьбы (“базовая линия”). Пример обрабатываемой фотографии с отмеченной базовой линией показан на рисунке 3.

По результатам измерений рассчитывается среднее взвешенное значение диаметра пузырьков <d>

                                                 (1)

где  di  диаметр i-го пузырька в пикселях,

       плотность распределения пузырьков по размерам

    ,            (2)

       интервал участка суммирования,

       число пузырьков с диаметром di,

      n  общее число измеренных пузырьков.

В процессе работы на экране красным цветом показываются измеренные пузырьки, в правой верхней части экрана в укрупненном масштабе отображается обрабатываемый фрагмент, ниже его кривая яркости в зоне измеряемого пузырька, а в правом нижнем углу функция плотности распределения (2). Последняя информация появляется после того, как измерено не менее 10 пузырьков. Вид экрана в процессе обработки фотографии показан на рисунке 4. Измерения продолжаются до тех пор, пока не перестанет изменяться вид графика плотности распределения. Опыт показывает, что для этого нужно измерить 100 300 пузырьков.

4.3. Результаты испытаний диспергатора нового поколения

4.3.1. Расходная характеристика

Экспериментальные зависимости расхода воды Qв через диспергаторы старого поколения (с внутренней подачей газа) и нового поколения (с внешней подачей газа) от давления воды на выходе из насоса pв представлены на рисунке 2.

При одинаковом давлении воды ее расход через новый диспергатор оказался на 10% 20% меньше, чем через старый. Это вызвано тем, что в старом диспергаторе канал имел диаметр dк=7 мм, подающие отверстия dотв=2,8 мм, а новый  dк=5 мм и dотв=2,0 мм соответственно. Уменьшение диаметра канала было сделано на основе расчетов течений в гидродинамических генераторах колебаний, которые показали, что с уменьшением диаметра канала от 7 до 5 мм амплитуда колебаний давления существенно возрастает.


4.3.2. Средний диаметр газовых пузырьков

Среднее взвешенное значение диаметра пузырьков <d>, рассчитанное по формуле (1), при расходе воздуха Qг=0,5 дм3/мин представлено на рисунке 5, а при расходе воздуха Qг=5 дм3/мин на рисунке 6. Здесь же производится сравнение с результатами, ранее полученными в НЦ НВМТ РАН (внутренняя подача газа).

Из рис. 5 следует, что для расхода воздуха Qг=0,5 дм3/мин преимущества диспергатора с внешней подачей газа и уменьшенным диаметром канала проявляются при давлениях воды на выходе из насоса pв ≥ 0,5 МПа. При этом минимальные значения среднего диаметра воздушных пузырьков уменьшаются от ≈ 0,5 мм до ≈ 0,3 мм. В случае увеличенного в 10 раз расхода воздуха Qг=5 дм3/мин диспергатор с внешней подачей газа и уменьшенным диаметром канала имеет лучшие характеристики во всем исследованном диапазоне давлений воды. Минимальные значения среднего диаметра воздушных пузырьков в этом режиме уменьшаются от ≈ 0,6 мм до ≈ 0,4 мм (рис. 6).

4.3.3. Распределение газовых пузырьков по размерам

Плотность распределения пузырьков по размерам , рассчитанная по формуле (2) и выраженная в процентах, для диспергатора с внешней подачей газа при расходе воздуха Qг = 0,5 дм3/мин представлена на рисунке 7, а при расходе воздуха Qг = 5 дм3/мин на рисунке 8. Видно, что при Qг = 0,5 дм3/мин и давлении воды на выходе из насоса pв = 0,5 МПа воздушные пузырьки имеют размеры в диапазоне от 0,18 до 1,55 мм. С повышением давления этот диапазон сужается и при pв  от 1 МПа до 1,5 МПа составляет от 0,1 до 0,9 мм. При этом максимум функции распределения смещается в сторону меньших размеров. При расходе воздуха Qг = 5 дм3/мин зависимость плотности распределения пузырьков по размерам от давления воды носит аналогичный характер (рис. 8).

5. Выводы

На предыдущих этапах данной работы была разработана компьютерная программа, позволяющая рассчитывать нестационарные закрученные турбулентные течения жидкости при наличии кавитации. Проведена серия вариантных расчётов таких течений в волновых диспергаторах газа в жидкости при малых расходах газа, когда влиянием газовой компоненты на характеристики течения можно пренебречь. В ходе расчётов варьировались значения давления и расхода воды, подаваемой в диспергатор, а также диаметры канала волнового генератора. Выявлены два механизма возникновения колебаний давления в генераторе: пульсации кавитационной каверны и периодические срывы вихрей на выходе из канала. При малых расходах воды реализуется только второй механизм, что находит своё отражение в спектрах колебаний.

На основе проведенных расчетов были разработаны волновые диспергаторы газа в жидкости нового поколения. В диспергаторах первого поколения подача газа осуществлялась через торцевую стенку канала непосредственно в зону генерации колебаний. В результате происходило демпфирование колебаний, что приводило к уменьшению их амплитуды при повышении расхода газа. В новых диспергаторах производится внешняя подача газа в канал генератора, вне зоны возникновения колебаний. В этом случае интенсивность колебаний давления, создаваемых гидродинамическим генератором, не снижается с увеличением расхода газа, что усиливает волновое воздействие и улучшает качество диспергирования, особенно при больших расходах газа.

На данном этапе работы была усовершенствована методика измерения размеров пузырьков газа в жидкости на основе компьютерной обработки фотоизображений. В этой методике за границу пузырька принимается точка максимального градиента яркости фотографии. В результате время обработки фотографий сократилось в 2  3 раза и повысилась точность измерений за счет снижения влияния субъективного фактора.

Испытания диспергаторов нового поколения, показали уменьшение среднего диаметра воздушных пузырьков по сравнению со старыми диспергаторами от 0,5 мм до 0,3 мм при расходе воздуха Qг = 0,5 дм3/мин и от 0,6 мм до 0,4 мм при Qг = 5 дм3/мин. При одинаковых значениях давления на выходе из насоса расход воды через новый диспергатор оказался на 10% 20% меньше, чем через старый. В результате примерно на такую же величину снизились энергетические затраты на диспергирование.


EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18524. Методы решения ММ БИС во временной области. (динамический анализ) 122.5 KB
  Лекция 4 Методы решения ММ БИС во временной области. динамический анализ Задача Коши Пусть t = ft 1 при условии xa=x0 при . Основное предположение относит...
18525. Анализ многошаговой формулы интегрирования Метод простых итераций. Метод ускоренных итераций Итерации Ньютона-Рафсона 108.5 KB
  Лекция 5 Анализ многошаговой формулы интегрирования Метод простых итераций. Метод ускоренных итераций Итерации НьютонаРафсона. Обратные итерации При неявных методах интегрирования ОДУ возникают нелинейные алгебраические уравнения. Возвратимся к общему виду лине...
18526. Анализ чувствительности 146 KB
  Лекция 6 Анализ чувствительности. Задача расчёта коэффициентов чувствительности выходных параметров схемы логических уровней статической помехозащищённости времени задержки сигнала и т.д. к изменению её входных параметров т.е. параметров компонентов сопротив...
18527. Оптимизация. Классификация методов оптимизации 329 KB
  Лекция 7 Оптимизация Сформулируем задачу оптимизации как задачу поиска экстремума целевой функции ФР. Классификация методов оптимизации 1. По числу параметров: одномерная оптимизация; многомерная оптимизация. 2. По использованию производных:
18528. Способы хранения разреженных матриц 79.5 KB
  Способы хранения разреженных матриц Разреженные матрицы целесообразно хранить таким образом чтобы обеспечить экономию памяти и числа операций необходимы для преобразования матрицы в процессе решения линейной системы а также простоту доступа к любому элементу ма
18529. Меры погрешности решения 359 KB
  Меры погрешности решения Пусть x вычисленное решение СЛАУ Ax=b. Существуют две общеупотребительные меры погрешности в х: вектор ошибки е = х х 1 и невязка r = b Ax = Ax x = Ae
18530. Основні прийоми роботи та підготовки документів в системі MATHCAD 411.5 KB
  Мат. моделювання в САПР. Основні прийоми роботи та підготовки документів в системі MATHCAD. Основні прийоми роботи та підготовки документів в системі MATHCAD. Методичні матеріали до лабораторної роботи № 1 з курсу: €œМатематичне моделювання в САПР€ для студенті
18531. Розв’язування звичайних диференціальних рівнянь в системі MATHCAD 391.5 KB
  Розвязування звичайних диференціальних рівнянь в системі MATHCAD Розвязування звичайних диференціальних рівнянь в системі MATHCAD. Методичні матеріали до лабораторної роботи № 2 з курсу: €œМатематичне моделювання в САПР€ для студенті
18532. Розв’язування диференціальних рівнянь з частинними похідними в системі MATHCAD 414.5 KB
  Розвязування диференціальних рівнянь з частинними похідними Розвязування диференціальних рівнянь з частинними похідними в системі MATHCAD. Методичні матеріали до лабораторної роботи № 3 з курсу: €œМатематичне моделювання в САПР€ д