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

23429. Причины образования Великого княжества Литовского 17.53 KB
  Причины образования Великого княжества Литовского Причинами образования ВКЛ были следующие: внутриполитические. При княжении великих князей Витеня 12951316 и Гедимина 13161341 в состав ВКЛ вошли почти все белорусские земли. За время его правления территория ВКЛ увеличилась почти в 2 раза и оно стало называться ВКЛ Русское и Жемайтское. Эти факты позволяют говорить о федеративной форме государственного устройства ВКЛ.
23430. Укрепление великокняжеской власти в ВКЛ в первой половине XIV в. Происхождение названия княжества 12.98 KB
  Укрепление великокняжеской власти в ВКЛ в первой половине XIV в. Происхождение названия княжества Укрепление единовластия в ВКЛ произошло при великом князе Гедимине в 13161341 гг. Большая часть белорусских земель вошла в состав ВКЛ. Территория ВКЛ увеличилась в 3 раза.
23431. Государственный строй ВКЛ в середине XIII – XIV в. Борьба за великое княжение 16.03 KB
  стал его старший сын от второй жены Ягайло. В начале своего правления Ягайло стремился продолжать политику своего отца. Однако старшие братья Ягайло от первой жены Ольгерда считали себя обиженными. Ягайло столкнулся с противодействием недовольных князей группировавшихся вокруг полоцкого князя Андрея.
23432. Сближение ВКЛ с Польшей. Кревская уния 1385 г.: причины, условия и последствия 13.26 KB
  Выбор остановился на Ягайло. Вопервых Ягайло также был заинтересован в союзниках которые помогли бы ему сохранить власть. Втретьих если бы Ягайло крестил Литву в католичество это подняло бы авторитет поляков так как им удалось бы сделать то что до сих пор не удавалось немцам. Согласно унии польские послы обещали Ягайло отдать в жены польскую королеву Ядвигу а с нею и польскую корону.
23433. Изменения в государственном строе ВКЛ в XV – первой половине XVI 16.37 KB
  Изменения в государственном строе ВКЛ в XV – первой половине XVI В начале XV века власть в ВКЛ стала практически принадлежать Витовту. При нем государственный строй ВКЛ представлял собой неограниченную монархию – власть одного правителя в государстве. Витовт продолжая добиваться независимости ВКЛ от Польши стремился разорвать свои зависимые отношения с польским королем Ягайло. Была подписана Городельская уния – союз между ВКЛ и Польшей.
23434. Жизнь и занятия первобытных людей на территории Беларуси 19.7 KB
  Жизнь и занятия первобытных людей на территории Беларуси Первые люди неандертальцы на территории Беларуси появились примерно 10035 тыс. Светиловичи Ветковского районов которые датируются 2623 тыс.КАМЕННЫЙ ВЕК 100 тыс. – 3 тыс.
23435. Восточнославянские племена на территории Беларуси: расселение, общественные и хозяйственные отношения в VI-IX веках 17.07 KB
  В раннем железном веке область расселения балтов на территории Беларуси составляла бассейны рек Немана Западной Двины Верхнего Поднепровья. происходит массовое расселение славян на территории Беларуси междуречье Припяти Днепра Западной Двины. Образуются союзы племен: кривичи место расселения – верховье Днепра Западной Двины и Волги дреговичи бассейны Припяти и Двины радимичи юговосточная часть современной Беларуси восток Гомельской и Могилевской области.Место расселения восточнославянских племен на территории Беларуси – это:...
23436. Полоцкое княжество в IX-XI вв. Княжеско-вечевой строй 17.26 KB
  Еще при жизни Всеслав распределил отдельные княжества Полоцкой земли между семью своими сыновьями которые начали междоусобную борьбу. в общественнополитической жизни Полоцкой земли происходят значительные изменения. на севере и западе Полоцкой земли появились немецкие рыцарикрестоносцы которые захватили полоцкие города Кукенойс и Герцике. Начинается период развития Полоцкой земли в союзе с Литвой в новом государстве – ВКЛ.
23437. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ 6.3 MB
  Малиновский ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ Владивосток 2004 УДК 581.1 Физиология растений. В учебном пособии кратко изложены основные разделы физиологии растений: физиология растительной клетки водный обмен минеральное питание фотосинтез брожение и дыхание гетеротрофное питание транспорт и выделение веществ рост и развитие движения растений механизмы защиты растений от факторов внешней среды в том числе и от патогенов. Особенности водного обмена у растений разных экологических групп .